گروهی از محققان آمریکایی از میکروسیم‌های اکسید روی برای افزایش راندمان تبدیل الکتریسیته به نور ماورای بنفش در دیودهای نورافشان نیترید گالیوم استفاده کرده‌اند.
افزایش راندمان دیودهای نورافشان
محققان از میکروسیم‌های اکسید روی برای افزایش راندمان تبدیل الکتریسیته به
نور ماورای بنفش در دیودهای نورافشان (LED) نیترید گالیوم استفاده کرده‌اند.
اینها اولین دیودهای نورافشانی به‌شمار می‌روند که عملکرد آنها با ایجاد یک
بار الکتریکی در یک ماده پیزوالکتریک از طریق اثر پیزوفتوترونیک بهبود می‌یابد.
محققان موسسه فناوری جرجیا با اعمال یک فشار مکانیکی به این میکروسیم‌ها، یک
پتانسیل پیزوالکتریکی در آنها ایجاد کردند که این پتانسیل برای تنظیم انتقال بار و
افزایش تزریق حامل‌های بار در دیودهای نورافشان به‌کار می‌رود. کنترل یک ابزار
اُپتوالکترونیکی با استفاده از پتانسیل پیزوالکتریکی که پیزوفتوترونیک نامیده می‌شود،
مثال دیگری از کنترل مکانیکی موادی است که به‌طور همزمان دارای ویژگی پیزوالکتریکی
و نیمه‌رسانایی هستند.
ژونگ لینگ وانگ استاد دانشکده مهندسی و علوم مواد در موسسه فناوری جرجیا می‌گوید: «با
استفاده از این اثر می‌توانیم کارایی خارجی این ابزارها را تا ۴ برابر افزایش داده
و آن را به ۸ درصد برسانیم. از منظر کاربردی این اثر می‌تواند تأثیرات زیادی روی
فرایندهای الکترواُپتیکی همچون بهبود راندمان انرژی در ابزارهای روشنایی داشته باشد».
به‌دلیل قطبش یون‌ها در بلورهای مواد پیزوالکتریکی همچون اکسید روی، فشردن و یا
کشیدن این مواد می‌تواند موجب ایجاد یک پتانسیل پیزوالکتریکی یا به‌عبارت دیگر، یک
بار الکتریکی شود. این محققان از پتانسیل پیزوالکتریکی موضعی در دیودهای نورافشان
نیترید گالیوم برای تنظیم انتقال بار در نقاط اتصال p-n بهره برده‌اند.
اثر این کار افزایش سرعت بازترکیب الکترون‌ها و حفرات برای تولید فوتون‌ها و در
نتیجه، افزایش کارایی خارجی ابزار از طریق افزایش نشر نور و جریان تزریقی بود. وانگ
توضیح می‌دهد: «چون پتانسیل پیزو ساختار باندی را در نقاط اتصال p-n تغییر می‌دهد،
اثر آن روی رفتار انتقالی حامل‌های بار بسیار قابل توجه است».
در این دیودها سیم‌های اکسید روی جزء n و فیلم نازک نیترید گالیوم جزء p را تشکیل
می‌دهند. حامل‌های آزاد در سطح تماس میان این دو جزء و در کانالی که توسط بار
پیزوالکتریک ایجاد شده است، به‌دام می‌افتند؛ این بار با فشرده کردن سیم‌ها ایجاد
می‌شود.
در طراحی‌های معمول LED از ساختارهایی همچون چاه‌های کوانتومی برای به‌دام انداختن
الکترون‌ها استفاده می‌شود. هر چقدر مدت زمان کنار هم ماندن الکترون‌ها و حفرات
بیشتر باشد، کارایی LED افزایش می‌یابد.
در دیود تولید شده توسط محققان موسسه فناوری جرجیا زمانی که فشار تراکمی ۰۹۳/۰ درصد
به سیم‌ها اعمال شد، شدت نشر نور تا ۱۷ برابر و جریان تزریقی تا چهار برابر افزایش
یافت. در این حالت بهره تبدیل انرژی ۲۵/۴ برابر افزایش می‌یابد.
جزئیات این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده است.
