นวัตกรรมการออกแบบรูปทรงครีบสำหรับไดโอดเปล่งแสง (LED) ไม่เพียงแต่เอาชนะความสว่างที่จำกัดของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังสามารถช่วยเปลี่ยนให้เป็นแสงเลเซอร์ได้อีกด้วย โครงการใหม่จากนักวิจัยในสหรัฐฯ สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการใช้งาน เช่น การตรวจจับสารเคมี เทคโนโลยีการสื่อสารแบบมือถือ จอแสดงผลความละเอียดสูง และการฆ่าเชื้อโรค LED เซมิคอนดักเตอร์แบนด์แกปกว้าง
เทคโนโลยี
ได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างมากในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา และปัจจุบันมีการใช้งานทั่วไป สำหรับการให้แสงสว่างและจอแสดงผลทั่วไป แต่ยังสำหรับการใช้งานที่หลากหลายในด้านต่างๆ เช่น การตรวจจับด้วยแสงและออปโตอิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีดังกล่าวประสบกับข้อเสียเปรียบ
ที่สำคัญ: เมื่อความหนาแน่นกระแสไฟ LED เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพควอนตัมภายใน (IQE) จะลดลง
ประสิทธิภาพที่ลดลงนี้หมายความว่าแม้ว่า LED จะส่องสว่างมากขึ้นเมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าที่แรงกว่า แต่ก็ส่องสว่างได้จนถึงจุดหนึ่งเท่านั้น หลังจากนั้นความสว่างก็เริ่มลดลง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์
ที่เรียกว่าประสิทธิภาพลดลง ความร้อนที่เพิ่มขึ้นใน LED เมื่อกระแสที่ใช้เพิ่มขึ้นทำให้ปัญหารุนแรงขึ้น โดย IQE จะลดลงประมาณ 30% เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 23° เป็น 177°C ผลจากผลกระทบเหล่านี้ กำลังไฟของ LED ที่มีพื้นที่น้อยกว่าตารางไมครอนจะมีค่าสูงสุดในช่วงนาโนวัตต์ (nW)
เชื่อว่ามีกลไกสองอย่างที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง ในขั้นแรก เรียกว่าการรวมตัวกันใหม่แบบไม่แผ่รังสี ตัวพาประจุที่ตื่นเต้น (อิเล็กตรอนและรู) จะรวมตัวกันใหม่โดยไม่เปล่งแสง กระบวนการที่ไม่ต้องการนี้ลดประสิทธิภาพของการสร้างแสงและเพิ่มการสูญเสียความร้อน เนื่องจากอิเล็กตรอนและรูรวมตัวกันอีกครั้ง
โดยการผลิตโฟตอน การสั่นด้วยความร้อนของโครงตาข่ายคริสตัล แทนที่จะเป็นโฟตอน ในกลไกที่สอง พลังงานของคู่อิเล็กตรอน-โฮลจะถูกถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนหรือโฮลอื่นอีกครั้ง โดยไม่ต้องปล่อยโฟตอนออกมา โดยปกติแล้วตัวพาประจุนี้จะสูญเสียพลังงานส่วนเกินไปกับการสั่นสะเทือนจากความร้อน
หวีจิ๋ว
การออกแบบ LED แบบใหม่นี้สร้างขึ้นโดยนักวิจัยจาซึ่งเริ่มต้นโดยบังเอิญ ทีมวิจัยไม่ได้ตั้งเป้าหมายเพื่อแก้ปัญหาการตกของประสิทธิภาพโดยตรง พวกเขากำลังสำรวจวิธีการสร้าง LED ขนาดไมครอนสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น แล็บบนชิปขนาดย่อส่วน สมาชิกทีม NIST ซึ่งเป็นผู้คิดค้นการออกแบบใหม่นี้
อธิบายว่าเขาและเพื่อนร่วมงานใช้วัสดุชนิดเดียวกันกับ LED ทั่วไป แต่ประกอบเป็นรูปทรงที่แตกต่างกัน และเพื่อนร่วมงานสร้างแหล่งกำเนิดแสงจากเส้นหรือครีบสังกะสีออกไซด์ (ZnO) ที่บางและยาว ซึ่งแตกต่างจากการออกแบบระนาบแบนที่ใช้กันทั่วไป และเพื่อนร่วมงานสร้างแหล่งกำเนิดแสงจากเส้น
หรือครีบสังกะสีออกไซด์ (ZnO) ที่บางและยาว ซึ่งวัดความยาวได้ประมาณ 5 ไมครอนและความกว้างประมาณ 160 นาโนเมตร ครีบ LED ที่เกิดขึ้นบนซับสเตรตแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) มีลักษณะเหมือนหวีเล็กๆ“เราเห็นโอกาสในครีบ เพราะฉันคิดว่ารูปร่างที่ยาวและด้านข้างที่ใหญ่ของมัน
อาจสามารถรับกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น” “ตอนแรกเราแค่ต้องการวัดว่าการออกแบบใหม่จะรองรับได้แค่ไหน เราเริ่มเพิ่มกระแสน้ำและคิดว่าเราจะขับมันไปจนกว่าไฟจะดับ แต่มันก็สว่างขึ้นเรื่อยๆ” ใหม่ของกลุ่มปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นสีม่วงถึงอัลตราไวโอเลต และสร้างพลังงานประมาณ 100 ถึง 1,000 เท่า
ขนาดไมครอนทั่วไป สูงสุด 20 mW การออกแบบใหม่ไม่แสดงประสิทธิภาพที่ลดลง แม้ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงเป็นประวัติการณ์ที่ 1,000 kA / cm2 การวัดฟลักซ์การแผ่รังสีสเปกตรัมรวมของอุปกรณ์ยังแสดงให้เห็นว่ากำลังเอาต์พุตเพิ่มขึ้นเป็นเชิงเส้นตามกระแสของไดรฟ์
“หนึ่งในโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพสูงสุด”ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าแห่งมหาวิทยาลัยเซาท์แคโรไลนา สหรัฐอเมริกาซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในโครงการนี้ กล่าวว่า การออกแบบใหม่นี้เป็นหนึ่งในโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่เขาเคยเห็น “ชุมชนได้ทำงานเป็นเวลาหลายปีเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ
และแนวทางอื่นๆ มักมีปัญหาทางเทคนิคเมื่อใช้กับ LED ที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่าไมโครเมตร” เขาแสดงความคิดเห็นในข่าวประชาสัมพันธ์ของ NIST “แนวทางนี้ทำงานได้ดี” และเพื่อนร่วมงานยังพบว่าเมื่อพวกเขาเพิ่มกระแสไฟที่จ่ายให้กับ LED เป็น 1,000 kA/cm2 แสงที่เปล่งออกมาในวงกว้าง
นักวิจัย
กล่าวว่าประสิทธิภาพการเปล่งแสงที่เพิ่มขึ้นของ nanoLED นั้นมาจากรูปร่างของครีบที่ลดเส้นทางที่ไม่แผ่รังสี ด้านข้างขนาดใหญ่ของครีบช่วยให้ฉีดไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพและสร้างช่องเลเซอร์ ตั้งข้อสังเกตว่าการแปลง LED เป็นเลเซอร์มักต้องใช้ความพยายามอย่างมาก และโดยทั่วไป
จะเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่ออุปกรณ์กับช่องเรโซแนนซ์ที่ช่วยให้แสงสะท้อนไปมาและเพิ่มความเข้ม อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ “ดูเหมือนว่าการออกแบบครีบสามารถทำงานได้ทั้งหมดด้วยตัวของมันเอง โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มโพรงเข้าไปอีก” เขากล่าว ในขณะที่ ที่อธิบายไว้ในงานนี้ทำงานในช่วง UV
ใกล้เคียง นักวิจัยกล่าวว่าแนวคิดของพวกเขาสามารถนำไปใช้กับระบบวัสดุต่างๆ เช่น อลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์ โบรอนไนไตรด์ (BN) หรือโครงสร้าง เพื่อพัฒนาไปไกลกว่านี้ อุปกรณ์ UV ลึกที่สว่างกว่า พวกเขารายงานการทำงานของพวกเขาโดยเปรียบเทียบของ LED
ความเป็นไปได้ประการที่สาม การเรียกเก็บเงินและการจ่ายเงินอาจกระทำระหว่างองค์กร บนโต๊ะเจรจา โดยลับหลังนักวิจัยผู้ยากจน ให้สมาคมสถาบันฟิสิกส์จัดทำวารสารอิเล็กทรอนิกส์ ให้งบประมาณและทบทวนเป็นครั้งคราว ให้สิทธิ์ใช้งานร่วมกันระหว่างสมาคมต่างๆ เช่น สมาชิกสมาคมฟิสิกส์แห่งชาติ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
