物理学家开发出光强度提高 5 倍的基于纳米线的 LED

紫外发光二极管（UV LED）在水净化、光谱学、光聚合物固化和医疗消毒等方面的应用越来越多。

基于纳米线的深紫外 LED 最近受到了很多关注，因为它们可以提供与其纳米级尺寸和离散特性相关的新功能。例如，单纳米线 LED 可用于构建用于亚衍射光学光刻的新系统，该系统可放大为用于晶圆级光刻的像素化阵列。

最近，美国国家标准与技术研究所的研究人员使用一种特殊类型的外壳开发了基于纳米线的 UV LED，其产生的光强度是基于传统外壳设计的 LED 的 5 倍。

最近，该团队一直在研究由掺硅硝酸镓（包含额外电子）制成的纳米线核心，由掺镁硝酸镓制成的壳包围（包含用于丢失电子的多余“空穴”）。当空穴与电子结合时，大量的能量以光的形式释放出来；这个过程称为电致发光。

2017 年，他们揭示了硝酸镓 LED，该 LED 涉及将电子注入壳层以与空穴融合并最终产生高强度光。新的 LED 以类似的方式工作，只是这次研究人员在壳层中添加了少量铝。

参考：纳米技术 | doi:10.1088/1361-6528/ab07ed | NIST

铝最大限度地减少了由于电子溢出和光重吸收而发生的损失。更具体地说，它使电流不对称，防止电子进入壳层。这将空穴和电子限制在纳米线的核心，导致光强度提高五倍。

基于纳米线的 LED |在壳层（黑色）中加入少量铝，将空穴和电子限制在纳米线的核心（多色区域）中，产生强光 |研究人员提供

研究人员使用所谓的“p-i-n”结构从纳米线制造 LED。该结构代表了将电子和空穴注入纳米线的三层设计。

纳米线的直径越大，可以将更多的铝结合到制造结构中。本研究中开发的纳米线长度为 440 纳米，壳厚度为 40 纳米。由此产生的 LED 几乎大了 10 倍。

该团队已经拥有一项设备专利，该设备将 LED 与微波扫描探针显微镜集成在一起，用于对半导体纳米结构进行安全、非接触式测试。还可用于研究细胞结构和蛋白质解折叠。

虽然这项工作中探索的结构针对载流子限制所需的大致成分，但更高比例的铝可能有助于研究人员配置波长并控制硝酸镓核心的发射/偏振。然而，这仍然是未来工作的主题。

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目前，研究人员正在与两个私人组织合作开发基于纳米线的微型 LED。其中之一已同意建立掺杂剂和结构表征技术。该团队将很快展示原型 LED 工具。

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