Los físicos desarrollan LED basados ​​en nanocables con una intensidad de luz 5 veces mayor

• Los investigadores usan nanocables y un tipo especial de caparazón para construir diodos emisores de luz ultravioleta.
• Producen una intensidad de luz 5 veces mayor que los LED basados ​​en el diseño de carcasa convencional.

Los diodos emisores de luz ultravioleta (LED UV) se utilizan en un número cada vez mayor de aplicaciones, como purificación de agua, espectroscopia, curado de fotopolímeros y desinfección médica.

Los LED de UV profundo basados ​​en nanocables han ganado mucha atención recientemente, ya que pueden proporcionar nuevas funcionalidades relacionadas con su tamaño de nanoescala y su naturaleza discreta. Por ejemplo, los LED de un solo nanocable se pueden utilizar para construir nuevos sistemas para litografía óptica de sub-difracción, que podrían ampliarse en matrices pixeladas para litografía a nivel de oblea.

Recientemente, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología utilizaron un tipo especial de carcasa para desarrollar LED UV basados ​​en nanocables que producen una intensidad de luz 5 veces mayor que los LED basados ​​en un diseño de carcasa convencional.

¿Cómo lo hicieron?

Últimamente, el equipo ha estado trabajando en núcleos de nanocables hechos de nitrato de galio dopado con silicio (contiene electrones adicionales) encerrados por capas hechas de nitrato de galio dopado con magnesio (contiene un excedente de "agujeros" para los electrones faltantes). Cuando un agujero se fusiona con un electrón, se expulsa una cantidad significativa de energía en forma de luz; este proceso se llama electroluminiscencia.

En 2017, revelaron LED de nitrato de galio que implicaban inyectar electrones en la capa de la cáscara para fusionarse con los agujeros y, en última instancia, producir luz de alta intensidad. Los nuevos LED funcionan de manera similar, excepto que esta vez los investigadores agregaron una pequeña cantidad de aluminio a la capa de la carcasa.

Referencia:NanoTechnology | doi:10.1088 / 1361-6528 / ab07ed | NIST

El aluminio minimiza las pérdidas ocurridas debido al desbordamiento de electrones y la reabsorción de luz. Más específicamente, trae una asimetría dentro de la corriente eléctrica, evitando que los electrones se muevan hacia la capa de la cáscara. Esto confina los agujeros y los electrones al núcleo del nanoalambre, lo que da como resultado una intensidad de luz cinco veces mayor.

LED basado en nanocables | La incorporación de una pequeña cantidad de aluminio a la capa del caparazón (negro) confina los agujeros y los electrones en el núcleo del nanoalambre (área multicolor), generando una luz intensa | Cortesía de investigadores

Los investigadores utilizaron una estructura denominada "p-i-n" para fabricar LED a partir de nanocables. La estructura representa un diseño de tres capas para inyectar electrones y agujeros en el nanoalambre.

Cuanto mayor sea el diámetro de un nanoalambre, más aluminio se puede incorporar en las estructuras fabricadas. El nanoalambre desarrollado en este estudio tenía una longitud de 440 nanómetros y un espesor de capa de 40 nanómetros. Los LED resultantes eran casi 10 veces más grandes.

Implementación de la tecnología

El equipo ya posee una patente para un dispositivo que integra LED con microscopía de sonda de barrido de microondas para pruebas seguras y sin contacto de nanoestructuras semiconductoras. También se puede utilizar para estudiar la estructura celular y el despliegue de proteínas.

Si bien las estructuras exploradas en este trabajo tenían como objetivo la composición aproximada necesaria para el confinamiento del portador, una fracción más alta de aluminio puede ayudar a los investigadores a configurar la longitud de onda y controlar la emisión / polarización en el núcleo de nitrato de galio. Sin embargo, eso sigue siendo un tema de trabajo futuro.

Leer:El nuevo láser electroóptico emite 30 mil millones de pulsos por segundo

Actualmente, los investigadores están trabajando con dos organizaciones privadas para desarrollar micro-LED basados ​​en nanocables. Uno de ellos se ha comprometido a construir técnicas de caracterización estructural y dopantes. El equipo pronto hará una demostración del prototipo de herramientas LED.