Ann an dà-dhiodan solais-sgaoilidh (LEDs) stèidhichte air GaN, tha adhartas leantainneach ann an dòighean fàis epitaxial agus ailtireachd innealan air an èifeachdas cuantamach a-staigh (IQE) a ghluasad nas fhaisge air a’ char as àirde teòiridheach aige. A dh’ aindeoin nan adhartasan sin, tha coileanadh solais iomlan LEDs fhathast gu bunaiteach cuibhrichte le èifeachdas às-tharraing solais (LEE). Leis gu bheil sapphire fhathast mar an stuth bun-strat as cumanta airson epitaxy GaN, tha morf-eòlas an uachdair aige a’ cluich pàirt chinnteach ann a bhith a’ riaghladh call optigeach taobh a-staigh an inneil.

Tha an t-artaigil seo a’ taisbeanadh coimeas coileanta eadar fo-stratan sapphire rèidh agus fo-stratan le pàtranfo-stratan sapphire (PSS)Tha e a’ soilleireachadh nan dòighean optaigeach is criostaileagrafach tro bheil PSS a’ neartachadh èifeachdas às-tharraing solais agus a’ mìneachadh carson a tha PSS air a thighinn gu bhith na inbhe de facto ann an saothrachadh LED àrd-choileanaidh.

1. Èifeachdas Tarraing Solais mar Bhun-bhloc

Tha èifeachdas cuantamach taobh a-muigh (EQE) LED air a dhearbhadh le toradh dà phrìomh fhactar:

$EQE=IQE\times LEE\backslash text\{EQE\}\; =\; \backslash text\{IQE\}\; \backslash times\; \backslash text\{LEE\}$

EQE=IQE×LEE

Ged a tha IQE a’ tomhas èifeachdas ath-cho-chur rèididheach taobh a-staigh na roinne gnìomhach, tha LEE a’ toirt cunntas air a’ chuibhreann de fotonan a chaidh a chruthachadh a theicheas às an inneal gu soirbheachail.

Airson LEDan stèidhichte air GaN a tha air am fàs air fo-stratan sapphire, mar as trice bidh LEE ann an dealbhaidhean àbhaisteach cuibhrichte gu timcheall air 30–40%. Tha an cuingealachadh seo ag èirigh sa mhòr-chuid bho:

• Neo-cho-fhreagarrachd mòr ann an clàr-amais ath-tharraingeach am measg GaN (n ≈ 2.4), safair (n ≈ 1.7), agus èadhar (n ≈ 1.0)

• Meòrachadh làidir iomlan a-staigh (TIR) ​​aig eadar-aghaidhean planar

• Glacadh foton taobh a-staigh nan sreathan epitaxial agus an t-substrate

Mar thoradh air an sin, bidh cuibhreann mòr de na fotonan a thèid a chruthachadh a’ faighinn iomadh meòrachadh a-staigh agus mu dheireadh bidh an stuth air an glacadh a-steach no air an tionndadh gu teas seach a bhith a’ cur ri toradh solais feumail.

2. Fo-stratan Sapphire rèidh: Simplidheachd structarail le cuingealachaidhean optigeach

2.1 Feartan Structarail

Mar as trice bidh fo-stratan rèidh sapphire a’ cleachdadh treòrachadh plèana-c (0001) le uachdar rèidh, rèidh. Chaidh an cleachdadh gu farsaing air sgàth:

• Càileachd criostalach àrd

• Seasmhachd teirmeach is cheimigeach sàr-mhath

• Pròiseasan saothrachaidh aibidh agus cosg-èifeachdach

2.2 Giùlan Optaigeach

Bho shealladh optaigeach, bidh eadar-aghaidhean planar a’ leantainn gu slighean iomadachaidh foton a tha gu math treòraichte agus ro-innseach. Nuair a ruigeas fotonan a thèid a chruthachadh ann an roinn ghnìomhach GaN an eadar-aghaidh GaN–adhair no GaN–sapphire aig ceàrnan tachartais a tha nas àirde na a’ cheàrn chudromach, bidh meòrachadh iomlan a-staigh a’ tachairt.

Tha seo a’ leantainn gu:

• Cuingealachadh làidir foton taobh a-staigh an inneil

• Meudachadh air gabhail a-steach le electrodan meatailt agus staidean locht

• Sgaoileadh ceàrnach cuibhrichte de sholas a tha air a sgaoileadh

Gu bunaiteach, chan eil mòran cuideachaidh aig fo-stratan sapphire rèidh ann a bhith a’ faighinn thairis air cuingealachadh optigeach.

3. Fo-stratan Sapphire le Pàtran: Bun-bheachd agus Dealbhadh Structarail

Tha fo-strat sapphire pàtranach (PSS) air a chruthachadh le bhith a’ cur structaran meanbh- no nanosgèile riaghailteach no leth-riaghailteach air uachdar sapphire a’ cleachdadh dhòighean fotolithografaidh agus gràbhaladh.

Am measg nan geoimeatraidhean PSS cumanta tha:

• Structaran cònaigeach

• Cruinneagan leth-chruinneach

• Feartan pioramaideach

• Cumaidhean siolandair no còn goirid

Tha tomhasan àbhaisteach nan feartan a’ dol bho fho-mhicrioméadar gu grunn mhicrioméadaran, le àirde, pitch agus cearcall dleastanais fo smachd faiceallach.

4. Dòighean-obrach airson Leasachadh Tarraing Solais ann am PSS

4.1 Casg air Meòrachadh Iomlan a-staigh

Bidh cruinn-eòlas trì-thaobhach PSS ag atharrachadh nan ceàrnan tachartais ionadail aig eadar-aghaidhean stuthan. Bidh fotonan a bhiodh air dhòigh eile a’ faighinn eòlas air meòrachadh iomlan a-staigh aig crìoch rèidh air an ath-stiùireadh gu ceàrnan taobh a-staigh a’ chòn teicheadh, ag àrdachadh gu mòr an coltachd gun tèid iad a-mach às an inneal.

4.2 Sgaoileadh Optaigeach Leasaichte agus Randomization Slighe

Bidh structaran PSS a’ toirt a-steach iomadh tachartas ath-fhilleadh is meòrachaidh, a’ leantainn gu:

• Rèiteachadh stiùiridhean iomadachaidh foton

• Barrachd eadar-obrachaidh le eadar-aghaidhean tarraing-solais

• Ùine fuirich foton nas lugha taobh a-staigh an inneil

A thaobh staitistig, bidh na buaidhean sin a’ meudachadh coltachd às-tharraing foton mus tachair gabhail a-steach.

4.3 Gradadh Clàr-amais Ath-tharraingeach Èifeachdach

Bho shealladh modaladh optaigeach, bidh PSS ag obair mar shreath gluasaid èifeachdach airson clàr-amais ath-tharraingeach. An àite atharrachadh obann ann an clàr-amais ath-tharraingeach bho GaN gu èadhar, bidh an roinn le pàtran a’ toirt seachad atharrachadh mean air mhean ann an clàr-amais ath-tharraingeach, agus mar sin a’ lughdachadh call meòrachaidh Fresnel.

Tha an dòigh-obrach seo coltach gu bun-bheachdail ri còmhdach an-aghaidh meòrachadh, ged a tha e an urra ri optaig geoimeatrach seach eadar-theachd film tana.

4.4 Lùghdachadh Neo-dhìreach air Call Gabhail Optaigeach

Le bhith a’ giorrachadh faid shlighean foton agus a’ cur bacadh air meòrachadh a-staigh a-rithist is a-rithist, bidh PSS a’ lughdachadh coltachd gabhail a-steach optigeach le bhith:

• Conaltraidhean meatailt

• Stàitean locht criostail

• Gabhail a-steach giùlan-saor ann an GaN

Bidh na buaidhean sin a’ cur ri èifeachdas nas àirde agus coileanadh teirmeach nas fheàrr.

5. Buannachdan a bharrachd: Leasachadh ann an Càileachd Chriostail

A bharrachd air leasachadh optaigeach, bidh PSS cuideachd a’ leasachadh càileachd stuthan epitaxial tro dhòighean-obrach cus-fhàs epitaxial lateral (LEO):

• Tha dì-ghluasadan a tha a’ tighinn bhon eadar-aghaidh sapphire-GaN air an ath-stiùireadh no air an crìochnachadh

• Tha dùmhlachd dì-ghluasad snàthaidh air a lùghdachadh gu mòr

• Bidh càileachd criostail nas fheàrr a’ neartachadh earbsachd agus fad-beatha obrachaidh an inneil

Tha an dà bhuannachd optaigeach is structarail seo a’ dèanamh eadar-dhealachadh air PSS bho dhòighean-obrach inneach uachdar optaigeach a-mhàin.

6. Coimeas Cainneachdail: Sapphire rèidh an aghaidh PSS

Tha buannachdan coileanaidh fìor an urra ri geoimeatraidh pàtrain, tonn-fhaid sgaoilidh, ailtireachd sliseagan, agus ro-innleachd pacaidh.

7. Co-rèiteachaidhean agus Beachdachaidhean Innleadaireachd

A dh’aindeoin a bhuannachdan, tha grunn dhùbhlain phractaigeach ann an PSS:

• Bidh ceumannan litagrafaidh is gràbhaladh a bharrachd ag àrdachadh cosgais saothrachaidh

• Feumaidh smachd mionaideach a bhith ann airson cunbhalachd phàtran agus doimhneachd greabaidh

• Dh’fhaodadh pàtrain nach eil air an leasachadh gu math droch bhuaidh a thoirt air aonfhoirmeachd epitaxial

Mar sin, tha leasachadh PSS gu bunaiteach na obair ioma-chuspaireil a tha a’ toirt a-steach atharrais optigeach, innleadaireachd fàis epitaxial, agus dealbhadh innealan.

8. Sealladh Gnìomhachais agus Sealladh san Àm ri Teachd

Ann an saothrachadh LED an latha an-diugh, chan eilear a’ meas PSS mar leasachadh roghainneil tuilleadh. Ann an tagraidhean LED meadhanach is àrd-chumhachd—a’ gabhail a-steach soillseachadh coitcheann, solais chàraichean, agus solas-cùil taisbeanaidh—tha e air a thighinn gu bhith na theicneòlas bunaiteach.

Am measg nan gluasadan rannsachaidh is leasachaidh san àm ri teachd tha:

• Dealbhaidhean adhartach PSS air an dealbhadh airson tagraidhean Mini-LED agus Micro-LED

• Modhan measgaichte a’ cothlamadh PSS le criostalan fotonach no inneach uachdar nanosgèile

• Oidhirpean leantainneach a dh’ionnsaigh lughdachadh chosgaisean agus teicneòlasan pàtraineachaidh sgèileil

Co-dhùnadh

Tha fo-stratan sapphire le pàtran a’ riochdachadh gluasad bunaiteach bho thaic meacanaigeach fulangach gu co-phàirtean optigeach is structarail gnìomhach ann an innealan LED. Le bhith a’ dèiligeadh ri call às-tharraing solais aig an fhreumh - is e sin cuingealachadh optigeach agus meòrachadh eadar-aghaidh - tha PSS a’ comasachadh èifeachdas nas àirde, earbsachd nas fheàrr, agus coileanadh innealan nas cunbhalaiche.

An coimeas ri sin, ged a tha bun-stuthan rèidh sapphire fhathast tarraingeach air sgàth cho furasta ‘s a tha iad a dhèanamh agus a’ chosgais nas ìsle, tha na cuingeadan optigeach nàdarra aca a’ cuingealachadh an freagarrachd airson LEDs àrd-èifeachdais an ath ghinealaich. Mar a bhios teicneòlas LED a’ sìor leasachadh, tha PSS na eisimpleir soilleir de mar as urrainn do innleadaireachd stuthan eadar-theangachadh gu dìreach gu buannachdan coileanaidh aig ìre an t-siostaim.