Nanodraadgoeroes van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben ultraviolette lichtgevende diodes (LED's) gemaakt die, dankzij een speciaal type schelp, produceren vijf keer hogere lichtintensiteit dan vergelijkbare LED's op basis van een eenvoudiger schaalontwerp.

Ultraviolette LED's worden gebruikt in een groeiend aantal toepassingen zoals het uitharden van polymeren, waterzuivering en medische desinfectie. Micro-LED's zijn ook interessant voor visuele displays. NIST-medewerkers experimenteren met op nanodraad gebaseerde LED's voor scansondetips die bedoeld zijn voor elektronica en biologie.

De nieuwe, helderdere LED's zijn het resultaat van NIST's expertise in het maken van hoogwaardige galliumnitride (GaN) nanodraden. De laatste tijd, onderzoekers hebben geëxperimenteerd met nanodraadkernen gemaakt van met silicium gedoteerd GaN, die extra elektronen heeft, omgeven door omhulsels van met magnesium gedoteerd GaN, die een overschot aan "gaten" heeft voor ontbrekende elektronen. Wanneer een elektron en een gat samenkomen, energie komt vrij als licht, een proces dat bekend staat als elektroluminescentie.

De NIST-groep demonstreerde eerder LED's die licht produceerden dat werd toegeschreven aan elektronen die in de schaallaag werden geïnjecteerd om te recombineren met gaten. De nieuwe LED's hebben een klein beetje aluminium toegevoegd aan de schaallaag, die verliezen door elektronenoverloop en reabsorptie van licht vermindert.

Zoals beschreven in het journaal Nanotechnologie , de helderdere LED's zijn gemaakt van nanodraden met een zogenaamde "p-i-n" structuur, een drielaags ontwerp dat elektronen en gaten in de nanodraad injecteert. De toevoeging van aluminium aan de schaal helpt elektronen te beperken tot de nanodraadkern, vervijfvoudiging van de elektroluminescentie.

"De rol van aluminium is om een ​​asymmetrie in de elektrische stroom te introduceren die voorkomt dat elektronen in de schaallaag stromen, wat de efficiëntie zou verminderen, en in plaats daarvan elektronen en gaten beperkt tot de kern van de nanodraad, " zei eerste auteur Matt Brubaker.

De nanodraad-teststructuren waren ongeveer 440 nanometer (nm) lang met een schaaldikte van ongeveer 40 nm. De laatste LED's, inclusief de schelpen, waren bijna 10 keer groter. Onderzoekers ontdekten dat de hoeveelheid aluminium die in gefabriceerde structuren wordt verwerkt, afhangt van de diameter van de nanodraad.

Groepsleider Kris Bertness zei dat ten minste twee bedrijven micro-LED's ontwikkelen op basis van nanodraden. en NIST heeft een coöperatieve onderzoeks- en ontwikkelingsovereenkomst met een van hen om doterings- en structurele karakteriseringsmethoden te ontwikkelen. De onderzoekers hebben inleidende besprekingen gehad met scansondebedrijven over het gebruik van NIST-LED's in hun sondetips, en NIST is van plan om binnenkort prototype LED-tools te demonstreren.

Het NIST-team is in het bezit van Amerikaans octrooi 8, 484, 756 op een instrument dat microscopie met microgolfaftasting combineert met een LED voor niet-destructieve, contactloos testen van materiaalkwaliteit voor belangrijke halfgeleider nanostructuren zoals transistorkanalen en individuele korrels in zonnecellen. De sonde zou ook kunnen worden gebruikt voor biologisch onderzoek naar eiwitontvouwing en celstructuur.