NIST研究人员提高了纳米线LED的强度

NIST研究人员提高了纳米线LED的强度

美国国家标准与技术研究所(NIST)的纳米线专家们已经制造了紫外线发光二极管(LED),由于采用了一种特殊的外壳,其光强度比基于简单外壳设计的类似LED高出五倍。

图片说明:基于纳米线的发光二极管的模型,显示在外壳层(黑色)中添加一点铝,将所有电子和空穴(电子空间)的复合导入纳米线芯(多色区域),产生强光。

紫外线发光二极管被用于越来越多的应用,如聚合物固化,水净化和医疗消毒。微型LED也对视觉显示感兴趣。NIST的工作人员正在试验基于纳米线的LED,以扫描用于电子和生物应用的探针头。

新的、更亮的LED是NIST在制造高质量氮化镓(GaN)纳米线方面的专长的成果。最近,研究人员对掺硅氮化镓制成的纳米线芯进行了实验,这种纳米线芯有额外的电子,由掺镁氮化镓制成的外壳包围着,外壳上有多余的“空穴”,可以容纳缺失的电子。当一个电子和一个空穴结合时,能量以光的形式释放,这个过程称为电致发光。

NIST小组先前展示了氮化镓发光二极管,其产生的光归因于注入壳层的电子与空穴复合。新的LED在外壳层上添加了一小块铝,这减少了电子溢出和光重吸收带来的损失。

正如《纳米技术》杂志所述,更亮的发光二极管是由具有所谓“p-i-n”结构的纳米线制成的,这种结构是一种将电子和空穴注入纳米线的三层设计。向外壳中添加铝有助于将电子限制在纳米线芯中,从而将电致发光提高五倍。

第一作者Matt Brubaker说:“铝的作用是在电流中引入一种不对称性,防止电子流入壳层,从而降低效率,反而将电子和空穴限制在纳米线芯上。”

纳米线测试结构长约440纳米,壳厚约40纳米。最终的LED,包括外壳,几乎是10倍大。研究人员发现,铝的加入量取决于纳米线的直径。

小组组长KrisBertness说,至少有两家公司正在开发基于纳米线的微型LED,NIST与其中一家公司签订了合作研发协议,以开发掺杂剂和结构表征方法。研究人员已经与扫描探针公司就在其探针头上使用NIST LED进行了初步讨论,并且NIST计划很快演示原型LED工具。

NIST团队持有美国专利8484756,该专利涉及一种仪器,该仪器将微波扫描探针显微镜与LED结合起来,用于对重要半导体纳米结构(如晶体管通道和太阳能电池中的单个颗粒)的材料质量进行无损、非接触测试。该探针还可用于蛋白质展开和细胞结构的生物学研究。

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