LED UV Nanowire Baru Menghasilkan Cahaya Lima Kali Lebih Terang untuk Aplikasi Canggih
Peneliti menggunakan nanowire dan jenis cangkang khusus untuk membangun dioda emis cahaya ultraviolet.
Dioda ini menghasilkan intensitas cahaya 5 kali lebih tinggi daripada LED berbasis desain cangkang konvensional.
Dioda emis cahaya ultraviolet (LED UV) digunakan dalam sejumlah aplikasi yang semakin banyak seperti pemurnian air, spektroskopi, pengeringan fotopolimer, dan desinfeksi medis.
LED UV dalam nanowire telah mendapat banyak perhatian akhir-akhir ini, karena mereka dapat memberikan fungsionalitas baru yang terkait dengan ukuran skala nano dan sifat diskrit mereka. Misalnya, LED nanowire tunggal dapat digunakan untuk membangun sistem baru untuk litografi optik sub-difraksi, yang dapat diskala menjadi array piksel untuk litografi level wafer.
Baru-baru ini, peneliti di Institut Standar dan Teknologi Nasional menggunakan jenis cangkang khusus untuk mengembangkan LED UV berbasis nanowire yang menghasilkan intensitas cahaya 5 kali lebih tinggi daripada LED berbasis desain cangkang konvensional.
Bagaimana Mereka Melakukannya?
Akhir-akhir ini, tim telah bekerja pada inti nanowire terbuat dari Gallium Nitrate yang didoping silikon (mengandung elektron tambahan) yang diapit oleh cangkang terbuat dari Gallium Nitrate yang didoping magnesium (mengandung surplus ‘lubang’ untuk elektron yang hilang). Ketika lubang bergabung dengan elektron, sejumlah energi yang signifikan dikeluarkan dalam bentuk cahaya; proses ini disebut elektroluminesensi.
Pada tahun 2017, mereka mengungkap LED Gallium Nitrate yang melibatkan injeksi elektron ke dalam lapisan cangkang untuk bergabung dengan lubang dan akhirnya menghasilkan cahaya intensitas tinggi. LED baru bekerja dengan cara yang sama, kecuali kali ini peneliti menambahkan sejumlah kecil aluminium ke lapisan cangkang.
Referensi: NanoTechnology | doi:10.1088/1361-6528/ab07ed | NIST
Aluminium meminimalkan kerugian yang terjadi karena overflow elektron dan reabsorpsi cahaya. Secara lebih spesifik, ini membawa asimetri dalam arus listrik, mencegah elektron bergerak ke dalam lapisan cangkang. Ini mengkonsentrasikan lubang dan elektron ke inti nanowire, yang menghasilkan intensitas cahaya lima kali lebih tinggi.
LED berbasis nanowire | Menambahkan sejumlah kecil aluminium ke lapisan cangkang (hitam) mengkonsentrasikan lubang dan elektron ke inti nanowire (area berwarna-warni), menghasilkan cahaya intens | Dari pihak peneliti
Peneliti menggunakan struktur yang disebut “p-i-n” untuk memproduksi LED dari nanowire. Struktur ini mewakili desain tiga lapis untuk injeksi elektron dan lubang ke dalam nanowire.
Semakin besar diameter nanowire, semakin banyak aluminium dapat diintegrasikan ke dalam struktur yang diproduksi. Nanowire yang dikembangkan dalam studi ini memiliki panjang 440 nanometer dan ketebalan cangkang 40 nanometer. LED yang dihasilkan hampir 10 kali lebih besar.
Menerapkan Teknologi Ini
Tim sudah memiliki paten untuk perangkat yang mengintegrasikan LED dengan mikroskopi probe gelombang mikro untuk pengujian kontakless dan aman dari struktur nanosekonduter. Ini juga dapat digunakan untuk mempelajari struktur sel dan pelipatan protein.
Sementara struktur yang dieksplorasi dalam karya ini menargetkan komposisi perkiraan yang diperlukan untuk penahanan pembawa, fraksi aluminium yang lebih tinggi dapat membantu peneliti mengonfigurasi panjang gelombang dan mengontrol emisi/polarisasi di inti Gallium Nitrate. Namun, itu tetap menjadi subjek pekerjaan di masa depan.
Baca: Laser Elektro-Optik Baru Memancarkan 30 Miliar Pulsa per Detik
Saat ini, peneliti bekerja sama dengan dua organisasi swasta untuk mengembangkan mikro-LED berbasis nanowire. Salah satunya telah setuju untuk membangun teknik karakterisasi dopant dan struktur. Tim akan segera menunjukkan alat prototipe LED.
