محققانی از مؤسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) با همکاری دانشمندانی از دانشگاههای مریلند و هاروارد، روش تازهای برای ساخت دیودهای نورگسیل (LED) کارامد و ریز از نانوسیمها ابداع کردهاند. این دیودها نور فرابنفش ساطع میکنند، که در بسیاری از فناوریهای نانویی مبتنی بر نور مانند ذخیرهسازی دادهها نقش کلیدی دارد. همچنین روش آنها برای تولید در مقیاس تجاری بسیار مناسب است.
روش جدید تولید دیودهای فرابنفش نانومقیاس
محققانی از مؤسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) با همکاری دانشمندانی از دانشگاههای
مریلند و هاروارد، روش تازهای برای ساخت دیودهای نورگسیل (LED) کارامد و ریز از
نانوسیمها ابداع کردهاند. این دیودها نور فرابنفش ساطع میکنند، که در بسیاری از
فناوریهای نانویی مبتنی بر نور مانند ذخیرهسازی دادهها نقش کلیدی دارد. همچنین
روش آنها برای تولید در مقیاس تجاری بسیار مناسب است.
نانوسیمهای ساختهشده از کلاس خاصی از نیمرساناها
مثل نیترید آلومینوم، نیترید گالیوم و نیترید ایندیوم، نامزدهای بسیار امیدبخشی
برای LEDهای نانومقیاس محسوب میشوند. اما یکی از محققان NIST، میگوید: «LEDهای
نانوسیمی رایج، با استفاده از روشهای دستکاری بسیار خستهکننده و روشهای ساخت یک-
به– یک ساخته میشوند که این امر باعث غیرمفید بودن آنها برای کاربردهای تجاری
شدهاست.
گروه NIST، از روشهای ساخت دستهای (Batch) مانند فوتولیتوگرافی (چاپ کردن یک الگو
روی یک ماده با استفاده از نور، مانند عکاسی) ، حکاکی مرطوب و رسوب فلزی استفاده
کرد. آنها با استفاده از میدان الکتریکی، نانوسیمها را همجهت کردند و با این کار
روش وقتگیر و حساس قرار دادن جداگانه نانوسیمها را حذف نمودند.
مشخصه اصلی LEDهای نانوسیمی جدید این است که آنها تنها از یک ترکیب، نیترید گالیوم
(GaN) ، ساخته میشوند. هر LED شامل یک نانوسیم GaN نوع n است که روی سطح یک لایه
نازک GaN نوع p قرار داده شدهاست، نیمرسانای نوع n و p بهآنهایی گفته میشود که
بهترتیب دارای فراوانی الکترون و فراوانی نقاط خالی الکترون با بار مثبت (حفره)
باشند. تقاطع p-n که از یک نوع ترکیب ساخته شدهباشد، LEDهای کارامدتری نسبت بهآنهایی
که از ترکیبات مختلف ساخته شدهباشند، میدهد بهاین ترتیب میتواند در توانهای
پایینتر کار کند.
هنگامی که یک ولتاژ معمولی بهتقاطع اعمال میشود، نوری با طول موج قله ۳۶۵ نانومتر
از خود ساطع میکند که در ناحیه ماوراء بنفش قرار میگیرد. این گروه چهل LED از این
نوع ساخته و امتحان نمودهاست و همه آنها خواص تابشی مشابهی را نشان دادهاند. آنها
همچنین پایداری گرمایی فوقالعادهای را از خود نشان دادهاند- تحمل دماهایی با
بزرگی۷۵۰ درجه سلسیوس- و پایداری عملیاتی آنها نیز بینظیر بودهاست، بهگونهای که
هیچ اثری از خرابشدگی بعد از دو ساعت کار پیوسته در دمای اتاق دیده نشدهاست. همه
این خواص بیانگر این نکتهاست که روش ساخت جدید LED، افزارههای پایدار و قابل
اعتماد بهدست میدهد. این محققان میگویند که از روش آنها میتوان برای ساخت سایر
ساختارهای نانوسیمی و کاربردهایی که نیاز بهسطح وسیعی از چشمهای نوری نانومقیاس
دارند، استفاده شود.
افزارههای نانومقیاس که بر اساس نور کار میکنند، مانند LEDها، میتوانند در تولید
فناوریهای بسیار فشرده و ارزانقیمت که شامل حسگرها و افزارههای مخابرات نوری میشوند،
بسیار مهم باشند. LEDهای ماوراء بنفش بهویژه برای ذخیرهسازی دادهها و ساخت
افزارههای حسگری بیولوژیکی مثل آشکارسازهای عوامل بیماریزای هوازی بسیار قابل
توجه هستند.
نتایج این تحقیق در مجله Applied Physics Letters منتشر شدهاست.