基于fin的LED芯片架构可以提高效率
文章作者:Yoelit Hiebert
基于翅片的LED芯片架构可能在设备效率方面成为游戏规则的改变者。
由美国国家标准协会(NIST)、马里兰大学、伦斯勒理工学院和IBM Thomas J. Watson研究中心联合开发的一种新型LED芯片架构，有可能成为设备效率方面的真正游戏规则改变者。
该团队已经成功地在实验室中演示了这一概念，并在最近发表了一篇论文，讨论了它的工作科学的进步同行评审的期刊上发表。这种新设计有望将亮度提高一个数量级，是目前亚微米大小的led的100到1000倍，使这种设计在各种应用中成为新兴技术的一个有吸引力的替代方案。
到目前为止，我们都很熟悉led在照明行业占据主导地位的程度，这在很大程度上是因为与早期技术相比，它们在运营效率方面有了巨大的改进。但仍然存在一个障碍，即限制led的效率;这是一种被称为“效率下降”的现象，长期以来，使用led的产品的设计师一直对此感到沮丧。效率下降是由于外部量子效率(EQE)，用来衡量LED将电子转换为光子的效率，以及这些光子逃脱LED材料的容易程度。EQE随工作电流的增加而降低，这是由于非辐射复合的增加和p-n结温度的升高，这反过来影响了二极管有源区域的复合过程。
开发这种新架构的研究团队正在研究不同于通常平面LED“芯片”的物理设计，以便为NIST这样的应用提供解决方案万博投注网址NOAC(NIST on a Chip)技术。最终的结果是一个由氧化锌“鳍”组成的LED光源，每个鳍大约5微米长，组合成一个类似梳子的阵列。所使用的结构和材料(ZnO-GaN)在紫外光和紫外光的边界上产生光。通过三维有限差分时域(FDTD)模型，该团队能够确定，鳍从面向空气的平面发射光，提取效率约为15%。此外，光谱辐射通量测量证实，这种基于翅片的设计的输出功率随驱动电流的增加而线性增加，这表明导致效率下降的因素(电子泄漏，俄歇复合缺陷相关复合和温度效应)均不显著。
这个图显示了“鳍片”LED的结构。
该团队将效率下降的消除归因于鳍设计的物理几何形状。值得注意的是，在LED中，n型材料中的电流必须等于p型材料中的电流。因此，对于n型和p型材料尺寸相同的平面LED设计，无万博投注网址论注入电流如何，复合区域的尺寸基本不变。然而，为了让鳍片LED提供足够数量的电子与在更大的物理区域产生的空穴结合，随着更高的电流应用，复合区域进一步扩展到鳍片，从而消除效率下降。
更令人惊讶的是，该团队发现，在驱动电流超过50 mA时，这种新设计的发射光谱逐渐从以385 nm为中心的更宽的输出光谱转变为两条在403 nm和417 nm的窄线。根据他们的计算，研究小组认为这种转变发生在复合区域到达鳍的顶部时，因此，不会随着电流的增加而扩大。在这一点上，鳍的行为就像法布里-珀罗腔,使激光。
除了照明，led还被广泛应用于显示器、生物医学、消毒、传感器和安全系统等领域。到目前为止，主要的挑战是效率下降限制了输出功率到纳米瓦，这反过来又限制了这些器件的性能。基于鳍片的架构似乎是解决这个问题的可行方案，允许在微瓦范围内输出辐射功率。由于它们的高辐射功率输出，亚微米LED和激光设备，如这种新的翅片设计，有可能促进LED在我们日常使用的产品和系统中部署的另一个重大转变。
这篇文章最初发表于经济日报．
- - - - - -Yoelit Hiebert说道在LED照明领域工作超过10年，在行业制造和终端用户方面都有经验。
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