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Nanopartikel könnten bessere LEDs, Unsichtbarkeitsmäntel antreiben

In einem Fortschritt, der die Effizienz von LED-Beleuchtung um 50 Prozent steigern und sogar den Weg für Unsichtbarkeits-Tarngeräte ebnen könnte, hat ein Team von Forschern der University of Michigan eine neue Technik entwickelt, die metallische Nanopartikel zu Halbleitern puffert.

 

Es ist die erste Technik, die Metallnanopartikel auf und unter der Oberfläche von Halbleitern kostengünstig wachsen lässt. Der Prozess fügt praktisch keine Kosten während der Herstellung hinzu und seine verbesserte Effizienz könnte es Herstellern ermöglichen, weniger Halbleiter in fertigen Produkten zu verwenden, wodurch sie weniger teuer werden.

Die Metallnanopartikel können die Effizienz von LEDs auf verschiedene Arten erhöhen. Sie können als winzige Antennen fungieren, die die Elektrizität, die durch den Halbleiter fließt, verändern und umlenken und mehr davon in Licht umwandeln. Sie können auch dazu beitragen, dass Licht aus dem Gerät reflektiert wird und verhindert wird, dass es im Inneren eingeschlossen und verschwendet wird.

Das Verfahren kann mit dem Galliumnitrid verwendet werden, das in der LED-Beleuchtung verwendet wird, und kann auch die Effizienz in anderen Halbleiterprodukten, einschließlich Solarzellen, steigern. Es ist detailliert in einer Studie im Journal of Applied Physics veröffentlicht.

"Dies ist eine nahtlose Ergänzung des Herstellungsprozesses, und das macht es so aufregend", sagte Rachel Goldman, UM Professor für Materialwissenschaften und -technik und Physik. "Die Fähigkeit, mit diesen Nanopartikeln 3-D-Strukturen herzustellen, wird viele Möglichkeiten eröffnen."

 

Die Schlüsselinnovation

Die Idee, Nanopartikel zur Steigerung der LED-Effizienz hinzuzufügen, ist nicht neu. Aber frühere Bemühungen, sie zu integrieren, waren für die Herstellung in großem Maßstab unpraktisch. Sie konzentrierten sich auf teure Metalle wie Silber, Gold und Platin. Außerdem müssen Größe und Abstand der Partikel sehr genau sein; Dies erforderte zusätzliche und teure Herstellungsschritte. Darüber hinaus gab es keine kostengünstige Möglichkeit, Partikel unterhalb der Oberfläche einzubauen.

Goldmans Team entdeckte einen einfacheren Weg, der sich leicht in den Molekularstrahlepitaxieprozess integriert, der zur Herstellung von Halbleitern verwendet wird. Molekularstrahlepitaxie sprüht mehrere Schichten von metallischen Elementen auf einen Wafer. Dies schafft genau die richtigen leitfähigen Eigenschaften für einen bestimmten Zweck.

Die UM-Forscher haben zwischen diesen Schichten einen Ionenstrahl angebracht - ein Schritt, der Metall aus dem Halbleiterwafer auf die Oberfläche drückt. Das Metall bildet nanoskalige Partikel, die in früheren Untersuchungen dem gleichen Zweck dienen wie die teuren Gold- und Platinflecken. Ihre Größe und Anordnung können durch Variation des Winkels und der Intensität des Ionenstrahls präzise gesteuert werden. Und wenn der Ionenstrahl immer wieder zwischen den einzelnen Schichten angeordnet wird, entsteht ein Halbleiter, in den die Nanopartikel eingestreut sind.

 



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