Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign han desarrollado un nuevo método para fabricar diodos emisores de luz verde LED más brillantes y eficientes. Utilizando una técnica de crecimiento de semiconductores estándar de la industria, han creado cristales cúbicos de nitruro de galio GaNcrecido en un sustrato de silicio que es capaz de producir una potente luz verde para iluminación avanzada de estado sólido
"Este trabajo es muy revolucionario, ya que allana el camino para nuevos emisores de longitud de onda verde que pueden enfocarse en la iluminación avanzada de estado sólido en una plataforma escalable de silicio CMOS mediante la explotación del nuevo material, nitruro de galio cúbico", dijo Can Bayram, un asistenteprofesor de ingeniería eléctrica e informática en Illinois, quien comenzó a investigar este material por primera vez en el Centro de Investigación IBM TJ Watson hace varios años.
"La unión de la iluminación de estado sólido con la detección p. Ej. Detección y la conexión en red p. Ej. Comunicación para permitir una iluminación visible inteligente es decir, sensible y adaptativa, está más preparada para revolucionar la forma en que utilizamos la luz. Y los LED compatibles con CMOS puedenfacilitar soluciones tecnológicas rápidas, eficientes, de baja potencia y multifuncionales con menos espacio y a un precio de dispositivo cada vez más asequible para estas aplicaciones ".
Típicamente, GaN se forma en una de dos estructuras de cristal: hexagonal o cúbico. El GaN hexagonal es termodinámicamente estable y es, con mucho, la forma más convencional del semiconductor. Sin embargo, el GaN hexagonal es propenso a un fenómeno conocido como polarización, donde un internoel campo eléctrico separa los electrones cargados negativamente y los agujeros cargados positivamente, evitando que se combinen, lo que, a su vez, disminuye la eficiencia de salida de luz.
Hasta ahora, la única forma en que los investigadores podían hacer GaN cúbico era usando epitaxia de haz molecular, un método de crecimiento de cristales lento y muy costoso en comparación con el método ampliamente utilizado de deposición de vapor químico metal-orgánico MOCVD que Bayram usó.
Bayram y su estudiante graduado Richard Liu hicieron el GaN cúbico usando litografía y grabado isotrópico para crear un surco en forma de U en Si 100. Esta capa no conductora esencialmente sirvió como un límite que da forma al material hexagonal en forma cúbica.
"Nuestro GaN cúbico no tiene un campo eléctrico interno que separe los portadores de carga: los agujeros y los electrones", explicó Liu. "Entonces, pueden superponerse y cuando eso sucede, los electrones y los agujeros se combinan más rápido para producir luz."
En última instancia, Bayram y Liu creen que su método de GaN cúbico puede conducir a que los LED estén libres del fenómeno de "caída" que ha afectado a la industria del LED durante años. Para los LED verdes, azules o ultravioletas, su eficiencia de emisión de luz disminuye a medida quese inyecta más corriente, que se caracteriza como "caída"
"Nuestro trabajo sugiere que la polarización juega un papel importante en la caída, alejando los electrones y los agujeros, particularmente bajo densidades de corriente de baja inyección", dijo Liu, quien fue el primer autor del artículo, "Maximizing CubicCobertura de la superficie de nitruro de galio de fase en silicio de nano-patrones 100, "apareciendo" letras de física aplicada .
Tener un mejor rendimiento de los LED verdes abrirá nuevas vías para los LED en iluminación general de estado sólido. Por ejemplo, estos LED proporcionarán ahorros de energía al generar luz blanca a través de un enfoque de mezcla de colores. Otras aplicaciones avanzadas incluyen conectividad de LED ultra-paralela a través deLED verdes sin fósforo, comunicaciones subacuáticas y biotecnología como la optogenética y el tratamiento de la migraña.
Los LED verdes mejorados no son la única aplicación para el GaN cúbico de Bayram, que algún día podría reemplazar el silicio para fabricar dispositivos electrónicos de potencia que se encuentran en adaptadores de energía para computadoras portátiles y subestaciones electrónicas, y podría reemplazar las lámparas de mercurio para fabricar LED ultravioletas que desinfectan el agua.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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