Атомные расчеты показали, что бор повышает эффективность светодиодов

Экология потребления. Наука и открытия: Исследователи из США нашли способ увеличения эффективности светодиодов с помощью бора.

Мощные белые светодиоды сталкиваются с той же проблемой, с которой сталкивается спортивный стадион в день игры - слишком много людей в слишком маленьком пространстве. Конечно, внутри светодиода нет людей. Но есть много электронов, которые должны избегать друг друга и минимизировать свои столкновения, чтобы поддерживать высокую эффективность светодиодов. Исследователи Логан Уильямс и Эммануил Киупакис из Университета Мичигана, используя прогностические атомные расчеты и высокопроизводительные суперкомпьютеры National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), обнаружили, что добавление бора в широко используемый материал InGaN (индия-галлия нитрид) может препятствовать тому, чтобы светодиоды переполнялись электронами, а значит становились менее эффективными при производстве света.

Современные светодиоды изготовлены из слоев разных полупроводниковых материалов, располагающихся один поверх другого. Простейший светодиод имеет три таких слоя. Один слой имеет дополнительные электроны. Другой слой выполнен с небольшим количеством электронов и пустыми пространствами под электроны - дырками. Между этими двумя слоями зажат тонкий средний слой, который определяет, какая длина волны света испускается светодиодом. При прохождении электрического тока, электроны и дырки перемещаются в средний слой, где они объединяются вместе для получения света (рекомбинация). Но для увеличения количества света, выходящего из светодиода, в среднем слое может оказаться слишком много электронов. Тогда электроны могут сталкиваться друг с другом, а не рекомбинировать с дырками для получения света. Эти столкновения преобразуют энергию электронов в тепло (рекомбинация Оже) и снижают эффективность светодиода.

Решение этой проблемы состоит в том, чтобы сделать больше места в среднем слое для электронов (и дырок) для их перемещения. Более толстый слой рассеивает электроны в более широком пространстве, что помогает им избегать друг друга и уменьшать потери энергии. Но сделать этот средний слой светодиода толще не так просто, как кажется.

Поскольку светодиодные полупроводниковые материалы являются кристаллами, атомы, которые их создают, должны располагаться на определенных фиксированных расстояниях друг от друга. Это  расстояние между атомами в кристаллах называется параметром решетки. Когда кристаллические материалы расположены слоями друг над другом, их параметры решетки должны быть одинаковыми, чтобы фиксированные расстояния между атомами совпадали с соседними материалами. В противном случае материал деформируется, чтобы соответствовать слою под ним. Небольшие деформации не являются проблемой, но если верхний слой слишком толстый, то деформация становится слишком сильной, атомы также сильно смещаются и эффективность светодиодов значительно падает. Самым популярным материалом для производства синих и белых светодиодов является InGaN, окруженный слоями GaN. К сожалению, параметр решетки InGaN не соответствует GaN. Это приводит к увеличению толщины слоев InGaN и увеличению столкновений электронов.

Уильямс и Киупакис обнаружили, что, добавив бор в слой InGaN, его параметр решетки становится намного более похожим на GaN, или даже становится одинаковым при определенной концентраций бора. Кроме того, длина волны света, излучаемого материалом BInGaN, очень близка к длине волны InGaN и может быть преобразована в различные цвета видимого спектра. Это делает BInGaN пригодным для создания более толстых слоев, уменьшая при этом количество столкновений электронов и повышая эффективность светодиодов.

Хотя этот материал обещает сделать светодиоды более эффективными, очень важно, чтобы его можно было создать в лабораторных условиях. Уильямс и Киупакис также определили, что BInGaN можно создавать с использованием существующих методов. Такие исследования дают возможность создания мощных, эффективных и одновременно доступных светодиодов. опубликовано econet.ru 

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet