Kristalinių defektų mažinimas didina diodų efektyvumą

Šviesos diodai (angl. light-emitting diodes, LED) išsikovoja vis svarbesnę vietą energiją taupančių apšvietimo gaminių rinkoje. Tyrėjai iš Šiaurės Karolinos valstybinio universiteto (JAV) visai neseniai sukūrė technologiją, sumažinančią galio nitrido (GaN) plėvelėse aptinkamų defektų skaičių. Naujasis metodas padidina šviesos diodų efektyvumą, nes GaN plėvelės yra labai svarbi jų sudedamoji dalis, leidžianti suformuoti diodo konstrukciją, spinduliuojančią šviesą.

Šiaurės Karolinos valstybinio universiteto tyrėjų sugalvota technologija sumažina defektų skaičių plėvelėse dvejomis trejomis eilėmis, t. y. 10²–10³ kartų. „Tai pagerina medžiagos, spinduliuojančios šviesą, kokybę, – teigia straipsnio bendraautorė, elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorė Sala Bedier (Salah Bedair). – Taigi suteikiant tam tikrą elektrinės galios impulsą išspinduliuojamos šviesos kiekis padidėja dvejais trejais kartais – o tai labai daug“. Toks padidėjimas stebėtas mažos galios impulsams, kuomet diodai spinduliuoja ultravioletinių bangų diapazone.

Mokslininkai tyrimus pradėjo nuo dviejų mikronų (10^-6 m) storio galio nitrido plėvelės. Iš pradžių jie maždaug pusę plėvelės storio užpildė stambiomis ertmėmis – tuščiomis vieno dviejų mikrono ilgio ir 0,25 mikrono skersmens erdvėmis. Tada tyrėjai pastebėjo, jog plėvelės defektai buvo tarsi įtraukti į įterptas ertmes ir tapo izoliuoti – taip palikdami žymiai mažiau defektų paveiktas plėvelės vietas virš ertmių.

Defektais vadinamos mažos galio nitrido plėvelės kristalinės sandaros dislokacijos (sutrikdymai). Šios dislokacijos nusitęsia per visą plėvelę iki pat jos paviršiaus. Įterpdami į plėvelę ertmes, tyrėjai medžiagos viduje labai veiksmingai patalpino „paviršius“, kurie užkirto kelią defektų plitimui po likusią plėvelės dalį. Gauti rezultatai kalba patys už save.

„Be įterptų ertmių galio nitrido plėvelės paprastai turi apie 10¹⁰ defektų kvadratiniame centimetre, – apibendrina profesorė. – Įterpus ertmes, defektų skaičius sumažėja ligi 10⁷. Ši technologija šiek tiek pasunkina šviesos diodų gamybą, bet ją pritaikius, iškart išauga kokybė ir tuo pačiu diodų efektyvumas“.