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納米級LED克服“效率降低”難題,還能發射激光
發布時間:2020-08-27     作者:雷鑫宇   來源:科界   分享到:

《科學進展》雜志8月14日報道,美國國家標準與技術研究所(NIST)、馬里蘭大學和倫斯勒理工學院等開發了一種新型發光二極管(LED),有望突破長期存在的光源效率限制。研究人員經演示實驗后發現,新型LED的亮度是傳統亞微米級LED的100~1000倍,并且具備產生激光的能力。這些特性在規模化和小型化應用中具備潛在應用價值。

NIST研究人員Babak Nikoobakht說:“這是制造LED的新架構。雖然我們使用的材料與傳統LED裝置相同,但對它們的形狀進行了改進。”

雖然LED裝置開啟了照明新時代,但即便是現在使用的LED設備,也有它的局限性:在一定程度上,增加LED的電量會使其發出的光更明亮。然而,亮度很快就會降低,使LED的效率變得非常低。“效率降低”問題限制了LED在通信技術、殺毒等多個領域的應用。

Nikoobakht等設計的新型LED裝置克服了效率降低問題,但這完全是意外之喜——他們的主要目標只是制造一種微型LED,以滿足芯片實驗室技術的需求。

與傳統LED使用的平面設計不同,研究人員在新LED中引入了氧化鋅翅片。翅片陣列看起來就像一把小梳子,并可以向1厘米以外區域延伸。

Nikoobakht解釋說:“我們從翅片結構上看到了希望,因為它們細長的形狀和較寬的側面或許能夠接收更多電流。一開始,我們只是想測試一下新架構能承受多高的電流,結果卻發現它變得越來越亮。”

新LED能發射出紫光至紫外光的明亮光線,產生的功率是一般小型LED的成百上千倍。Nikoobakht說:“這是一個重要的基礎性發現。面積約1平方微米的LED,發光功率約為22納瓦,而新LED能產生高達20微瓦的功率。”

在實驗過程中,研究人員還取得了另一個驚人的發現:雖然新LED最初是在一定波長范圍內發光,但它相對較寬的發射光范圍最終縮小為兩個波長的強烈紫光。這說明,新LED裝置變成了微型激光器。

Nikoobakht說:“將LED轉換為激光非常不容易。它需要將LED與諧振腔耦合,使光在腔內反射。翅片結構讓新LED能夠獨立完成整個工作,無需再依托諧振腔。”

微型激光器在化學傳感、便攜式通信產品、高清顯示器和芯片級設備等方面,都有重要應用價值。Nikoobakht說:“新型LED裝置有可能成為未來應用的關鍵組成部分之一。它能發出明亮的激光,并且效率不會降低。”

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