Сучасні джерела освітлення вже давно виглядають не так, як раніше. Давно залишилися в минулому лампи розжарювання та інші застарілі освітлювальні прилади. Їм на зміну приходять нові пристрої, які засновані на широкозонних напівпровідниках.
Світлодіод - представник освітлювачів нового покоління. Яскравий, ефективний, довговічний.
Світловипромінюючі діоди знаходять своє застосування практично у всіх сферах життя людини, від лампочок у квартирах і дисплеях мобільних пристроїв, до індикаторів на космічних станціях.
Так виглядає дисплей мобільного пристрою під збільшенням.
Підвищення ефективності таких приладів дозволяє значно знизити споживання електроенергії в сучасному суспільстві.
Вчені та інженери НІЯУ МІФІ працюють в цьому напрямку. На базі Центру радіофотоніки і СВЧ технологій був розроблений синій світловипромінювальний діод на основі гетероструктур AlGaN/InGaN. Для збільшення його квантової ефективності дослідники застосовували ряд нових технологій. Розробили прозорий проведений контакт зі стехеометричного сплаву оксидів індія і олова з коефіцієнтом пропускання понад 95%, провели роботу зі створення рельєфної поверхні кристала, що розсіює світло, досліджували можливість зниження внутрішнього опору пристрою.
Створити такий пристрій непросто - потрібно пройти через кілька етапів.
1. Зростання гетероепітаксіальної структури на підкладці
На даному етапі в напівпровідник «закладають» колір майбутнього світлодіоду, а також його потенційну яскравість. Вирощена структура схожа на своєрідний «шар пиріг», де кожен шар має свій склад і властивості. Отриманий напівпровідник складається з матеріалу n-типу провідності, p-типу провідності і так званої «надрешітки» (комбінація шарів певної послідовності, що створює набір квантових ям і бар'єрів), в якій і відбувається вся «магія» виникнення світла з електричного струму.
2. Розробка топології пристрою
Тут вчені визначають форму і зовнішній вигляд кристала.
3. травлення напівпровідника
Ні, напівпровідник не намагаються отруїти, ця технологічна операція дозволяє «розкрити» на поверхні напівпровідника необхідні для виробництва шари гетероепітаксіальної структури.
4. Нанесення металевих покриттів
Процедура необхідна для створення якісного електричного контакту напівпровідника і джерела живлення. Метали наносяться на поверхню напівпровідникової пластини методом термічного випаровування у вакуумі. Метод можна порівняти з киплячим чайником, з якого при нагріванні виривається пар і осаджується на поверхні над чайником, утворюючи конденсат.
5. Нанесення прозорого контакту
Ця операція дозволяє створити унікальне покриття, яке одночасно прозоре для виводимого з кристала світла і має низький електричний опір. Такі плівки завдаються методом реактивного магнетронного розпилення: заряджені частинки (іони аргону) врізаються в спеціально підготовлену мішень, вибиваючи її атоми, які, в свою чергу, спрямовуються до підкладки і осідають на ній.
6. Створення рельєфної поверхні
Світло, зароджуючись в напівпровіднику при проходженні електричного струму, має властивість відбиватися від всіх зустрічаються на шляху меж розділу. Для того щоб підвищити ймовірність його виходу назовні, застосовуються такі методи, які збільшують площу кордону розділу «напівпровідник-повітря».
Але ж зазвичай джерела освітлення білі. А на зображеннях світло синє. Чому так?
Справа в тому, що для отримання білого світла пристрій покривають спеціальним складом - люмінофором. Він і дозволяє змінювати колір випромінювання на білий.
Роботи, виконані вченими, в кінцевому рахунку дозволили створити прилад з ККД ауд 35%, що на кілька порядків перевершує ефективність класичних джерел освітлення.
Результати проведених досліджень фахівцями НІЯУ МІФІ вже знайшли застосування у виробництві високоефективних джерел освітлення. Тож отримані знання та досвід дозволять удосконалювати наявні та розробляти нові пристрої на основі широкозонних напівпровідників.
Матеріал підготовлено НІЯУ МІФІ
Автор:Роман Захарченко, Центр радіофотоніки та СВЧ технологій НДІЯУ МІФІ