Fisikawan Mengembangkan LED Berbasis Nanowire Dengan Intensitas Cahaya 5 Kali Lebih Tinggi
- Para peneliti menggunakan kawat nano dan jenis cangkang khusus untuk membuat dioda pemancar cahaya ultraviolet.
- Mereka menghasilkan intensitas cahaya 5 kali lebih tinggi daripada LED berdasarkan desain cangkang konvensional.
Ultraviolet light-emitting diodes (UV LEDs) digunakan dalam peningkatan jumlah aplikasi seperti pemurnian air, spektroskopi, pengawetan fotopolimer, dan desinfeksi medis.
LED UV dalam berdasarkan kawat nano telah mendapatkan banyak perhatian baru-baru ini, karena mereka dapat memberikan fungsionalitas baru yang terkait dengan ukuran skala nano dan sifat diskritnya. Misalnya, LED kawat nano tunggal dapat digunakan untuk membangun sistem baru untuk litografi optik sub-difraksi, yang dapat ditingkatkan menjadi susunan piksel untuk litografi tingkat wafer.
Baru-baru ini, para peneliti di National Institute of Standards and Technology menggunakan jenis cangkang khusus untuk mengembangkan LED UV berbasis kawat nano yang menghasilkan intensitas cahaya 5 kali lebih tinggi daripada LED berdasarkan desain cangkang konvensional.
Bagaimana Mereka Melakukannya?
Akhir-akhir ini, tim telah mengerjakan inti kawat nano yang terbuat dari Gallium Nitrate yang didoping silikon (mengandung elektron ekstra) yang tertutup oleh cangkang yang terbuat dari Gallium Nitrate yang didoping magnesium (mengandung 'lubang' surplus untuk elektron yang hilang). Ketika sebuah lubang bergabung dengan sebuah elektron, sejumlah besar energi dikeluarkan dalam bentuk cahaya; proses ini disebut electroluminescence.
Pada tahun 2017, mereka mengungkapkan LED Gallium Nitrat yang melibatkan penyuntikan elektron ke dalam lapisan kulit untuk bergabung dengan lubang dan akhirnya menghasilkan cahaya intensitas tinggi. LED baru bekerja dengan cara yang sama, kecuali kali ini peneliti menambahkan sedikit aluminium ke lapisan cangkang.
Referensi:NanoTechnology | doi:10.1088/1361-6528/ab07ed | NIST
Aluminium meminimalkan kerugian yang terjadi karena limpahan elektron dan reabsorpsi cahaya. Lebih khusus lagi, ini membawa asimetri dalam arus listrik, mencegah elektron bergerak ke lapisan kulit. Ini membatasi lubang dan elektron ke inti kawat nano, yang menghasilkan intensitas cahaya lima kali lebih tinggi.
LED berbasis kawat nano | Memasukkan sejumlah kecil aluminium ke lapisan kulit (hitam) membatasi lubang dan elektron ke dalam inti kawat nano (area warna-warni), menghasilkan cahaya yang kuat | Atas perkenan peneliti
Para peneliti menggunakan apa yang disebut struktur "p-i-n" untuk membuat LED dari kawat nano. Struktur tersebut mewakili desain tiga lapis untuk menyuntikkan elektron dan lubang ke dalam kawat nano.
Semakin besar diameter kawat nano, semakin banyak aluminium yang dapat dimasukkan ke dalam struktur fabrikasi. Kawat nano yang dikembangkan dalam penelitian ini memiliki panjang 440 nanometer dan ketebalan cangkang 40 nanometer. LED yang dihasilkan hampir 10x lebih besar.
Mengimplementasikan Teknologi
Tim tersebut telah memegang paten untuk perangkat yang mengintegrasikan LED dengan mikroskop probe pemindaian gelombang mikro untuk pengujian struktur nano semikonduktor yang aman dan tanpa kontak. Ini juga dapat digunakan untuk mempelajari struktur sel dan pembukaan protein.
Sementara struktur yang dieksplorasi dalam pekerjaan ini menargetkan komposisi perkiraan yang diperlukan untuk kurungan pembawa, fraksi aluminium yang lebih tinggi dapat membantu peneliti mengonfigurasi panjang gelombang dan mengontrol emisi/polarisasi di inti Gallium Nitrat. Namun, itu tetap menjadi subjek pekerjaan di masa depan.
Baca:Laser Elektro-Optik Baru Memancarkan 30 Miliar Pulsa Per Detik
Saat ini, para peneliti sedang bekerja dengan dua organisasi swasta untuk mengembangkan mikro-LED berbasis kawat nano. Salah satunya telah sepakat untuk membangun teknik karakterisasi dopan dan struktural. Tim akan segera mendemonstrasikan alat prototipe LED.
