Еще на один шаг ближе к нанодиодам
 Схема конструкции светодиода на основе углеродной нанотрубки. Два управляющих электрода, к которым приложено внешнее напряжение, создают отдельные зоны в нанотрубке, где концентрируются свободные носители тока. |
|
||||||||
Углеродные нанотрубки – уникальные по количеству возможных применений структуры. Обладая необычными физическими и электронными свойствами, они, казалось бы, заинтересовали ученых практически во всех областях, начиная с создателей сверхпрочных покрытий или материалов и заканчивая разработчиками электронных компонент. Одно из перспективных направлений, где в будущем могут использоваться нанотрубки – производство экономичных светодиодов.
Известно, что углеродные нанотрубки, в зависимости от строения, могут проявлять как металлические, так и полупроводниковые свойства. Как и материалы, используемые для создания обычных светодиодов, полупроводниковые углеродные нанотрубки излучают свет в тот момент, когда по ним проходит электрический ток. Этот эффект мог бы использоваться для создания практически любых электронно-оптических устройств, в том числе и отдельных светодиодов. Однако, традиционная проблема заключается в том, что излучаемый во время этого процесса свет имеет слишком широкий спектр, направление его излучения может быть любым, а при этом КПД всего процесса – достаточно низким. Для того чтобы создавать устройства, действительно полезные человечеству, необходимо разрабатывать конструкцию, в рамках которой носители тока в нанотрубке (электроны и дырки) получат возможность рекомбинировать повторно, что повысит мощность излучения.
На днях специалисты из исследовательского центра IBM (TJ Watson Research Center) в журнале Nature Nanotechnology рапортовали об определенных успехах в этом направлении. Ученые показали, что, благодаря предложенной конструкции устройства, они могут с небывалой ранее точностью контролировать процесс излучения света. При этом по эффективности излучения созданная схема превосходит все предыдущие попытки как минимум в 1000 раз, в то время как ширина спектральной полосы – в 10 раз меньше, чем у созданных ранее светодиодов на базе нанотрубок. Кроме того, предложенное устройство имеет гораздо более низкий «порог включения», а также рассеивает гораздо меньше энергии (т.е. практически не нагревается).
Удивительные свойства разработанного светодиода объясняются исключительно удачной конструкцией, предложенной специалистами IBM. Изолированная углеродная нанотрубка была размещена на диэлектрической подложке, а к обоим ее концам были подведены металлические электроды. Нанотрубка и металлические контакты покрывались сверху еще одним диэлектрическим слоем, поверх которого располагалась пара управляющих электродов. Если к управляющим электродам приложить внешнее напряжение, то с двух сторон нанотрубки концентрируются заряды противоположных знаков (электроны и дырки, соответственно), а при включении диода (подаче тока между основными электродами) начинается процесс рекомбинации носителей с излучением света.
Созданный образец уже достаточно эффективен, чтобы отправиться в производство. Однако, в ближайшем будущем ученые планируют продолжить работу над усовершенствованием конструкции, в том числе и с использованием массивов нанотрубок.
Также по теме:
Источники: