(PhysOrg.com) -- Natuurkundigen uit Taiwan hebben light-emitting diodes (LED's) van nanoformaat ontworpen en gefabriceerd die licht uitstralen dat het hele zichtbare spectrum overspant. Hoewel de kleine full-color LED's niet bedoeld zijn voor commerciële verlichtingstoepassingen, ze zouden nuttig moeten zijn bij microscopie met hoge resolutie en fotolithografie onder de golflengte.

De onderzoekers, Yu-Jung Lu, et al., van de Nationale Tsing-Hua Universiteit in Hsinchu, Taiwan, hebben hun studie over de nano-LED's gepubliceerd in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

De nieuwe nano-LED's hebben een unieke structuur die bestaat uit 40 nm dikke nanoschijven die zijn ingeklemd tussen twee lagen nanostaafjes, resulterend in een nanodisk-in-nanorod-geometrie. De nanoschijven zijn gemaakt van indium gallium nitride (InGaN), een halfgeleidend materiaal dat veel wordt gebruikt in leds en zonnecellen, terwijl de nanostaafjes zijn gemaakt van galliumnitride (GaN). Echter, InGaN-LED's die in staat zijn om het volledige zichtbare spectrum uit te stralen, zijn tot nu toe niet bereikt.

“De InGaN/GaN nanodisk/nanorod-structuur is vergelijkbaar met een bekende kwantumputstructuur, maar in een verminderde dimensionaliteit (vermindering van laterale maten), ” co-auteur Shangjr Gwo, een natuurkundeprofessor aan de National Tsing-Hua University, vertelde PhysOrg.com . "De InGaN-nanoschijven die zijn ingeklemd tussen de p- en n-GaN-regio's, fungeren als de full-color zichtbaar-lichtzenders wanneer elektronen en gaten over de pn-overgang worden geïnjecteerd met een voorwaartse voorspanning. Het elektroluminescente licht komt van de elektron-gat-recombinatie in de InGaN-nanoschijven.

Zoals de onderzoekers uitlegden, de sleutel tot het bereiken van full-color LED's was het overwinnen van grote roosterspanningen, die emissies op lange golflengten verminderen. Het InGaN/GaN-nanostaafsysteem lost dit probleem op vanwege de spanningsrelaxatie in de nanogestructureerde geometrie.

De onderzoekers hopen dat deze full-color nano-LED's kunnen worden gebruikt in beeldvormingstechnieken met hoge resolutie die ultrakleine subgolflengtekenmerken van objecten kunnen oplossen. Om dit te doen, deze technieken moeten de diffractielimiet overwinnen, wat een fundamentele limiet is voor de beeldresolutie die wordt veroorzaakt door de verspreiding - of "diffractie" - van golven. Beeldvormingstechnieken kunnen deze limiet omzeilen door gebruik te maken van verdwijnende golven, die informatie onthullen over de subgolflengtekenmerken van objecten, maar verval ook exponentieel weg van het object. Vanwege het korte bereik van de verdwijnende golven, beeldvormingstechnieken die ze detecteren, zijn gebaseerd op near-field optica.

Een van deze technieken is scanning near-field optische microscopie (SNOM), die een kleine sonde gebruikt om verdwijnende golven te genereren en op te halen. Een van de grootste uitdagingen in SNOM is het verkrijgen van een lichtbron die klein en veelzijdig genoeg is om aan deze sonde te werken. en dat is waar de nieuwe nano-LED's van pas komen. Hoewel eerder onderzoek de voordelen heeft aangetoond van het gebruik van nano-LED's op de sondes, dit is de eerste keer dat er een nano-LED met een full-color bereik beschikbaar is.

“Voor microscopie, we kunnen de nano-LED gebruiken als een gelokaliseerde excitatielichtbron op een gekozen golflengte om selectief specifieke fluorescerende moleculen te exciteren, ' zei Lu.

In hun studie hebben de onderzoekers hebben experimenteel gedemonstreerd met behulp van de nanodisk-in-nanorod-LED's voor subgolflengte-fotolithografie, waarin licht wordt gebruikt om een ​​patroon te creëren op een lichtgevoelig materiaal. Ze voorspellen dat, door de nano-LED's op de SNOM-sondetips te fabriceren, ze zouden een betere ruimtelijke controle kunnen bereiken voor toekomstige subgolflengte fotolithografie.

“Voor de toepassingen van fotolithografie, de vrijheid om nano-LED's bij elke golflengte te gebruiken, verbreedt de keuze van fotoresist en maakt controle over hun fotorespons mogelijk, ' zei Lu.

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.