"Bendy" light-emitting diode (LED) displays en zonnecellen vervaardigd met anorganische samengestelde halfgeleider microstaafjes komen een stap dichter bij de realiteit, dankzij grafeen en het werk van een team van onderzoekers in Korea.

Momenteel, de meeste flexibele elektronica en opto-elektronische apparaten worden vervaardigd met behulp van organische materialen. Maar halfgeleiders van anorganische verbindingen zoals galliumnitride (GaN) kunnen veel voordelen bieden ten opzichte van organische materialen voor gebruik in deze apparaten, waaronder superieure optische, elektrische en mechanische eigenschappen.

Een belangrijk obstakel dat tot nu toe het gebruik van halfgeleiders van anorganische verbindingen in dit soort toepassingen heeft verhinderd, was de moeilijkheid om ze op flexibele substraten te kweken.

In het journaal APL-materialen , van AIP Publishing, een team van onderzoekers van de Seoul National University (SNU) onder leiding van professor Gyu-Chul Yi beschrijft hun werk met het kweken van GaN-microstaven op grafeen om overdraagbare LED's te maken en de fabricage van buigbare en rekbare apparaten mogelijk te maken.

"GaN-microstructuren en nanostructuren trekken de aandacht binnen de onderzoeksgemeenschap als lichtemitterende apparaten vanwege hun lichtemissie met variabele kleuren en integratie-eigenschappen met hoge dichtheid, " legde Yi uit. "In combinatie met grafeensubstraten, deze microstructuren vertonen ook een uitstekende tolerantie voor mechanische vervorming."

Waarom kiezen voor grafeen voor substraten? Ultradunne grafeenfilms bestaan ​​uit zwak gebonden lagen van hexagonaal gerangschikte koolstofatomen die bij elkaar worden gehouden door sterke covalente bindingen. Dit maakt grafeen een ideaal substraat "omdat het de gewenste flexibiliteit biedt met uitstekende mechanische sterkte - en het is ook chemisch en fysiek stabiel bij temperaturen boven de 1, 000°C, " zei Yi.

Het is belangrijk op te merken dat voor de groei van de GaN-microstaafjes, het zeer stabiele en inactieve oppervlak van grafeen biedt een klein aantal nucleatieplaatsen voor GaN-groei, wat de driedimensionale eilandgroei van GaN-microstaafjes op grafeen zou verbeteren.

Om de werkelijke GaN-microstructuur-LED's op de grafeensubstraten te creëren, het team gebruikt een katalysatorvrij metaal-organische chemische dampafzetting (MOCVD) -proces dat ze in 2002 hebben ontwikkeld.

"Een van de belangrijkste criteria van de techniek is het is noodzakelijk om een ​​hoge kristalliniteit te behouden, controle over doping, vorming van heterostructuren en kwantumstructuren, en verticaal uitgelijnde groei op onderliggende substraten, "zegt Ji.

Toen het team de buigbaarheid en betrouwbaarheid van GaN-microstaaf-LED's op grafeen op de proef stelde, ze ontdekten dat "de resulterende flexibele LED's intense elektroluminescentie (EL) vertoonden en betrouwbaar waren - er was geen significante verslechtering van de optische prestaties na 1, 000 buigcycli, " merkte Kunook Chung op, de hoofdauteur van het artikel en een afgestudeerde student in de natuurkundeafdeling van SNU.

Dit betekent een enorme doorbraak voor elektronica en opto-elektronica van de volgende generatie, waardoor grootschalige en goedkope productieprocessen kunnen worden gebruikt.

"Door gebruik te maken van grotere grafeenfilms, hybride heterostructuren kunnen worden gebruikt om verschillende elektronische en opto-elektronische apparaten te fabriceren, zoals flexibele en draagbare LED-displays voor commercieel gebruik, " zei Yi.