Puslaidininkiniai šviestukai (angl. light-emitting diodes, LEDs) palaipsniui pakeičia įprastinius šviesos šaltinius bei skverbiasi į įvairias gyvenimo sferas. Jie vis plačiau yra naudojami buitiniam, viešų patalpų ir pramoniniam apšvietimui. Šią tendenciją lemia mažėjanti šviestukų kaina, didėjantis našumas bei gerėjanti jų spalvinė kokybė.

Dėl šviestukams būdingo didelio skaisčio, trumpos įsidegimo trukmės ir staigaus persijungimo, jie jau dabar yra plačiai taikomi beveik visuose galimuose šviesos signaluose, perspėjimo ir saugos ženkluose (švyturėliuose, plūduruose, saugos liemenėse ir pan.), šviesoforuose. Svarbi masinio šviestukų panaudojimo sritis – automobilių šviesos signalai. Šviestukai plačiai taikomi vaizdų generavimui – visaspalviuose vaizdo ekranuose bei LCD vaizduoklių galiniam pašvietimui. Didžiausias šviestukų taikymas yra numatomas bendrajame apšvietime, kas žada milžinišką energijos taupymą ir aplinkosauginę naudą.

Modernūs šviestukai yra gaminami naudojant dvi puslaidininkinių medžiagų šeimas – AlGaInP ir AlGaInN. Fosfidinių (AlGaInP) šviestukų emisija perdengia raudonos-oranžinės-geltonos-žalios šviesos spektrinę sritį, o nitridiniai (AlGaInN) šviestukai yra naudojami violetinės-mėlynos-žalios spalvos spektrinėje srityje. Didžiausios problemos kyla žalioje spektrinėje srityje, kurioje tiek fosfidinių, tiek nitridinių šviestukų našumas dramatiškai krenta. Mokslinėje literatūroje tai neparankiai spektrinei sričiai pažymėti netgi įvestas terminas "žaliasis mirties slėnis".

Fosfidinių medžiagų atveju toks efektyvumo kritimas yra nulemtas fundamentinių medžiagos savybių ir negali būti išvengiamas, tuo tarpu nitridinių medžiagų pagrindu gaminami šviestukai teoriškai galėtų perdengti visą regimąjį spektrą. Šviestuko bangos ilgis yra nulemtas indžio dalimi InGaN junginyje, kuris yra naudojamas aktyviojoje srityje.

Mėlyną šviesą skleidžiančiuose šviestukuose naudojamas InGaN su nedideliu indžio kiekiu, o tokių šviestukų efektyvumas siekia 70%. Norint, kad šviestukai skleistų didesnio bangos ilgio (žalią-geltoną) šviesą, indžio kiekį būtina padidinti, tačiau dėl to iškart mažėja našumas.

InGaN šviestukų dariniai dažniausiai yra auginami ant safyro padėklų. Dėl padėklo ir InGaN gardelių neatitikimo šių medžiagų sandūroje atsiranda defektai, kurie blogina prietaisų parametrus. Dislokacijų tankis InGaN medžiagose yra net keliomis eilėmis didesnis nei kituose III-V grupės puslaidininkiuose, kurie naudojami elektronikoje ir optoelektronikoje. Nepaisant to, InGaN šviestukai yra pakankamai našūs, kad galėtų konkuruoti su kitais šviesos šaltiniais. Manoma, kad toks InGaN atsparumas defektams yra dėl atsitiktinių junginio sudėties fliuktuacijų, kurios sukuria potencialines duobes, o jose yra lokalizuojami krūvininkai.

Pastaruoju metu InGaN medžiagų moksliniai tyrimai visame pasaulyje yra daugiausiai nukreipti trimis pagrindinėmis kryptimis: i) auginimo technologijų tobulinimas, siekiant pagerinti medžiagos kokybę, ii) lokalizuojančio potencialo profilio optimizavimas, siekiant padidinti efektyvumą, ir iii) spindulinės rekombinacijos spartos didinimas.

Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Puslaidininkių fizikos katedroje esančiose Liuminescencijos ir Nanofotonikos laboratorijose jau daugiau nei dešimt metų yra atliekami InGaN ir jam giminingų nitridinių puslaidininkių bei jų darinių eksperimentiniai tyrimai. Buvo pasiūlytas dvigubo mastelio potencialo fliuktuacijų modelis, pademonstruota jo įtaka krūvininkų dinamikai ir priverstinės spinduliuotės savybėms. Stažuotės, finansuojamos pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų įgyvendinamą projektą "Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje", dėka pavyko sėkmingai prisidėti prie šių tyrimų. Atlikti matavimai su erdvine skyra leido parodyti liuminescencijos stiprinimą aplink pavienę metalo nanodalelę, atskleidė, kad didelę įtaką stiprinimui turi junginio sudėties fliuktuacijos.

Komentarai (0)