جزئیات وبلاگ

در دیودهای تولید کننده نور (LED) مبتنی بر GaN، پیشرفت های مداوم در رشد اپیتاسیال و طراحی دستگاه، کارایی کوانتومی داخلی (IQE) را به حد نظری خود نزدیک کرده است.کارایی نور کلی دی ای دی ها همچنان به طور اساسی توسط کارایی استخراج نور محدود می شود (LEE)از آنجایی که زپیر همچنان ماده ی زیربنایی غالب برای اپیتاکسی GaN است، ساختار سطح آن نقش مهمی در تعیین تلفات نوری دارد.این مقاله یک مقایسه عمیق بین اپارتمان های مسطح را ارائه می دهدزیربناهای سفیرو زیربناهای سفیر الگویی (PSS) ، توضیح اینکه چگونه PSS بهره وری استخراج نور را از طریق مکانیسم های نوری و کریستالوگرافی شناخته شده بهبود می بخشد،و چرا این یک استاندارد واقعی در تولید LED با عملکرد بالا شده است.

1چرا کارایی استخراج نور عملکرد LED را محدود می کند

کل کارایی کوانتومی خارجی (EQE) یک LED توسط محصول دو عامل کلیدی تنظیم می شود:

EQE=IQE×LEE

در حالی که IQE نشان می دهد که چگونه الکترون ها و سوراخ ها به طور موثر برای تولید فوتون ها در داخل منطقه فعال ترکیب می شوند، LEE توضیح می دهد که چگونه این فوتون ها به طور موثر از دستگاه فرار می کنند.

در لامپ های LED مبتنی بر GaN که بر روی زیربناهای زپیر رشد می کنند، LEE به طور معمول در طرح های معمولی به 30٪ تا 40٪ محدود می شود. دلایل اصلی شامل:

• عدم تطابق شدید شاخص کسر بین GaN (n ≈ 2.4) ، سفیر (n ≈ 1.7) و هوا (n ≈ 1.0)

• بازتاب داخلی کل (TIR) در رابط های مسطح

• گرفتن فوتون در لایه های اپیتاکسیال و بستر

در نتیجه، بخش بزرگی از فوتون های تولید شده تحت بازتاب های متعدد قرار می گیرند و در نهایت به جای نور مفید جذب یا به گرما تبدیل می شوند.

2زیرپوش های سفیر صاف: سادگی ساختاری، محدودیت های نوری

2.1 ویژگی های ساختاری

بستر های سفیر صاف دارای یک سطح صاف و مسطح هستند که به طور معمول دارای جهت گیری c-plane (0001) هستند. آنها به دلیل:

• کیفیت بلوری بالا

• ثبات حرارتی و شیمیایی عالی

• فرآیندهای تولید بالغ و مقرون به صرفه

2.2 رفتار نوری

از دیدگاه نوری، رابط های مسطح مسیرهای پیش بینی شده و بسیار جهت دار انتشار فوتون را معرفی می کنند.هنگامی که فوتون های تولید شده در ناحیه فعال GaN به رابط GaNN هوا یا GaNN Sapphire در زاویه هایی که از زاویه بحرانی بیشتر است، می رسند، بازتاب داخلی کامل رخ می دهد.

عواقب آن عبارتند از:

• محاصره فوتون در داخل دستگاه

• جذب بیشتر توسط الکترودها و نقص ها

• توزیع زاویه ای محدود نور منتشر شده

در اصل، زیربناهای سفیر مسطح کمترین کمک را در غلبه بر محاصره بینایی ارائه می دهند.

3زیربنای سفیر الگویی (PSS): مفهوم و ساختار

یک زیربنای سفیر الگویی (PSS) با معرفی ساختارهای دوره ای یا شبه دوره ای در مقیاس کوچک یا نانویی بر روی سطح سفیر از طریق فرآیند های فوتولیتوگرافی و حکاکی ایجاد می شود.

هندسه های رایج PSS عبارتند از:

• ساختارهای مخروطی

• گنبد های نیمه کره ای

• اهرام

• مخروط های استوانه ای یا قطع شده

اندازه های ویژگی های معمولی از زیر میکرو تا چندین میکرومتر است، با ارتفاع، ارتفاع و چرخه کار به دقت کنترل شده است.

4چگونه PSS باعث بهبود کارایی استخراج نور می شود

4.1 سرکوب انعکاس داخلی کل

توپولوژی سه بعدی PSS زاویه وقوع محلی را در رابط ها تغییر می دهد.فوتون هایی که در غیر این صورت از انعکاس داخلی کامل در یک مرز صاف رنج می برند به زاویه های داخل مخروط فرار هدایت می شوند.

این به طور قابل توجهی احتمال خروج فوتون ها از دستگاه را افزایش می دهد.

4.2 افزایش پراکندگی نوری و تصادفی کردن مسیر

ساختارهای PSS رویدادهای چندگانه کسر و بازتاب را معرفی می کنند که منجر به:

• تصادفی کردن جهت مسیرهای فوتون

• افزایش تعامل با رابط های فرار

• کاهش زمان اقامت فوتون در داخل دستگاه

از نظر آماری، این امر احتمال استخراج فوتون را قبل از جذب افزایش می دهد.

4.3 درجه بندی شاخص انشعاب موثر

از منظر مدل سازی نوری، PSS به عنوان یک لایه انتقال شاخص کسر موثر رفتار می کند. به جای تغییر ناگهانی از GaN به هوا،منطقه الگوی ایجاد یک تغییرات شاخص شکستگی تدریجی، کاهش خسارت بازتاب فرسنل.

این مکانیسم از نظر مفهومی شبیه پوشش های ضد انعکاس است اما از طریق نوری هندسی و نه تداخل فیلم نازک عمل می کند.

4.4 کاهش غیرمستقیم تلفات جذب نوری

با کوتاه کردن طول مسیر فوتون ها و کاهش بازتاب های مکرر، PSS احتمال جذب را با:

• تماس های فلزی

• حالت نقص

• جذب حامل آزاد در GaN

این امر هم به بهره وری بالاتر و هم به بهبود رفتار حرارتی کمک می کند.

5مزایای اضافی: بهبود کیفیت کریستال

فراتر از اپتیک، PSS همچنین کیفیت اپیتاکسیال را از طریق مکانیسم های رشد بیش از حد اپیتاکسیال جانبی (LEO) بهبود می بخشد:

• انحرافات ناشی از رابط سفیر GaN تغییر مسیر یا پایان می یابد.

• تراکم انحراف رشته کاهش می یابد

• کیفیت مواد بهبود یافته باعث افزایش قابلیت اطمینان و عمر دستگاه می شود

این مزیت دوگانه ٔ نوری و ساختاری، PSS را از درمان های سطحی کاملا نوری متمایز می کند.

6مقایسه کمی: PSS در مقابل زیربنای سفیر صاف

دستاوردهای واقعی عملکرد به هندسه الگوی، طول موج، طراحی تراشه و بسته بندی بستگی دارد.

7تعادل و ملاحظات مهندسی

علیرغم مزایای خود، PSS چالش های عملی را به وجود می آورد:

• لیتوگرافی اضافی و مراحل حکاکی افزایش هزینه

• یکنواختی الگوی و عمق حکاکی باید به شدت کنترل شود

• طراحی الگوی زیر بهینه ممکن است بر یکنواختی اپیتاکسیال تأثیر منفی بگذارد

بنابراین، بهینه سازی PSS یک کار چند رشته ای است که شامل مدل سازی نوری، رشد اپیتاسیال و مهندسی دستگاه است.

8چشم انداز صنعت و چشم انداز آینده

امروزه، PSS دیگر به عنوان یک ارتقاء اختیاری در نظر گرفته نمی شود. در کاربردهای LED متوسط و بالا، از جمله نورپردازی عمومی، نورپردازی خودرو، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردازی LED، نورپردو نورپردازی صفحه نمایش، تبدیل به یک تکنولوژی پایه شده است..

به جلو نگاه می کنم:

• طرح های پیشرفته PSS برای Mini LED و Micro LED مورد بررسی قرار می گیرند

• روش های ترکیبی ترکیب PSS با کریستال های فوتونی یا نانوتکسچر در حال بررسی است

• کاهش هزینه ها و مقیاس پذیری الگوها همچنان اهداف کلیدی صنعت هستند

نتیجه گیری

سبسترات های سفیر الگویی نشان دهنده یک تغییر اساسی از مواد پشتیبانی منفعل به اجزای کاربردی نوری و ساختاری در دستگاه های LED است.با توجه به از دست دادن اکستراسیون نور در ریشه آنها و منعکس کننده رابط، PSS باعث افزایش کارایی می شود، بهبود قابلیت اطمینان و سازگاری عملکرد بهتر.

در مقابل، بستر های سفیر صاف، در حالی که قابل تولید و اقتصادی هستند، به طور ذاتی در توانایی خود برای پشتیبانی از نسل بعدی LED های با کارایی بالا محدود هستند.به عنوان تکنولوژی LED همچنان در حال تکامل است، PSS به عنوان یک مثال روشن از چگونگی مهندسی مواد به طور مستقیم به افزایش عملکرد در سطح سیستم تبدیل می شود.