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Nanodraht-LEDs
Forscher von IBM Research in Yorktown Heights, NY, haben einen neuen Weg demonstriert, um Elektrizität in Licht emittierenden Geräten (LEDs) auf Nanodrahtbasis in Licht umzuwandeln. Die Nanodraht-LEDs könnten schließlich für die Telekommunikation und für eine schnellere Kommunikation zwischen Geräten auf Mikrochips verwendet werden. Der Ansatz könnte auch den Weg für eine neue Art von hellen, effizienten Displays ebnen.
Mikroskopische LED: Ein dünner Indium-Nitrid-Nanodraht überspannt zwei Elektroden. Wenn ein Strom angelegt wird, emittiert es Infrarotlicht.
Die Forscher bauten eine LED, die einem Transistor ähnelt und aus einem Indium-Nitrid-Nanodraht besteht, der zwischen zwei Elektroden auf einem Siliziumsubstrat gespannt ist. Der Nanodraht ist etwa 100 Nanometer breit und überspannt eine Distanz von weniger als 10 Mikrometern. Wenn die Forscher einen Strom an den Nanodraht anlegen, sendet er Licht aus. Während bereits Nanodrähte hergestellt wurden, die Licht emittieren, beruhen die neuen Geräte auf anderen, einfacheren physikalischen Mechanismen. Als Ergebnis könnte die Nanodraht-LED effizienter sein und eine verbesserte Leistung aufweisen. Darüber hinaus gelingt es dem Gerät, Infrarotlicht zu emittieren, was für Nanodrähte besonders schwierig ist, sagt Phaedon Avouris , einer der IBM-Forscher.
Normalerweise wird Licht in LEDs erzeugt, indem sowohl Elektronen als auch ihre positiven Gegenstücke, Löcher, in ein aktives Material injiziert werden, wo sie sich kombinieren und Licht emittieren. Bei den neuen Geräten müssen die Forscher nur noch Elektronen injizieren; Diese bewirken, dass sich lokal innerhalb der Nanodrähte Elektronen und Löcher bilden. Der Mechanismus könnte effizienter sein, da ein einzelnes Elektron verwendet werden kann, um mehr als ein Elektron-Loch-Paar zu erzeugen. Darüber hinaus haben die Forscher gezeigt, dass die Nanodrähte eine stärkere Lichtemission erzeugen können als andere LEDs.
Die geringe Größe der Nanodrähte und die Kompatibilität mit Silizium machen sie attraktiv für die Integration auf Chips, sagt Eugene Fitzgerald , Professor für Materialwissenschaften und -technik am MIT. Die Nanodrähte emittieren auch Infrarotlicht, was sie ideal für die Glasfaser-Telekommunikation und für die optische Kommunikation zwischen Geräten auf Mikrochips macht, die dazu beitragen könnten, Computer erheblich zu beschleunigen.
Die Nanodraht-LEDs erweitern den Farbbereich, der von Materialien auf Nitridbasis emittiert werden kann, sagt Fitzgerald. Nitridmaterialien seien die Grundlage der blauen Laser in hochauflösenden DVD-Playern, sagt er, und sie seien auch nützlich, um grünes Licht zu emittieren. Wenn die Nanodrähte so abgestimmt werden können, dass sie rotes Licht emittieren, was wahrscheinlich ist, könnten rote, grüne und blaue LEDs alle mit Variationen desselben Materials hergestellt werden, was es praktisch macht, sie alle auf demselben Substrat herzustellen. Schließlich könnte es möglich sein, solche LEDs in den Pixeln von Vollfarbdisplays anzuordnen, die heller, effizienter und besser aussehen als die heutigen LCD-Flachbildschirme, sagt Fitzgerald.
Die Drähte strahlten nicht nur Infrarotlicht aus, sondern zeigten auch die besondere Fähigkeit, bei steigenden Temperaturen intensiveres Licht zu emittieren; normalerweise wird die lichtemission bei hohen temperaturen gedimmt oder gestoppt. Dies könnte zu LEDs führen, die hohen Temperaturen standhalten können, eine Eigenschaft, die für bestimmte militärische Anwendungen nützlich sein könnte, sagt Avouris.
Die neuartigen physikalischen Mechanismen, die der Fähigkeit der Indium-Nitrid-Nanodrähte zugrunde liegen, Licht zu emittieren, könnten weitreichendere Auswirkungen auf die Nanodrahtforschung haben. Wenn der hier verwendete Mechanismus in anderen Materialien funktioniert, könnte dies die Anzahl der Materialien erweitern, die zur Herstellung von LEDs verwendet werden könnten, sagt Fitzgerald. Das könnte LEDs billiger machen und Forschern eine viel größere Vielseitigkeit bei der Entwicklung von Geräten mit verbesserter Leistung bieten.