En un avance que podría aumentar la eficiencia de la iluminación LED en un 50 por ciento e incluso allanar el camino para dispositivos de ocultación de invisibilidad, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan ha desarrollado una nueva técnica que convierte las nanopartículas metálicas en semiconductores.
Es la primera técnica que puede cultivar nanopartículas de metal a bajo costo tanto dentro como debajo de la superficie de los semiconductores. El proceso no agrega prácticamente ningún costo durante la fabricación y su eficiencia mejorada podría permitir a los fabricantes usar menos semiconductores en productos terminados, haciéndolos menos costosos.
Las nanopartículas metálicas pueden aumentar la eficiencia de los LED de varias maneras. Pueden actuar como pequeñas antenas que alteran y redirigen la electricidad que atraviesa el semiconductor, convirtiéndola en luz. También pueden ayudar a reflejar la luz del dispositivo,evitando que quede atrapado dentro y desperdiciado.
El proceso se puede usar con el nitruro de galio que se usa en la iluminación LED y también puede aumentar la eficiencia en otros productos semiconductores, incluidas las células solares. Se detalla en un estudio publicado en el Revista de Física Aplicada .
"Esta es una adición perfecta al proceso de fabricación, y eso es lo que lo hace tan emocionante", dijo Rachel Goldman, profesora de ciencia e ingeniería de materiales y física de la UM. "La capacidad de hacer estructuras tridimensionales con estas nanopartículas en todo momentoabrirá muchas posibilidades "
La innovación clave
La idea de agregar nanopartículas para aumentar la eficiencia del LED no es nueva. Pero los esfuerzos previos para incorporarlos no han sido prácticos para la fabricación a gran escala. Se centraron en metales caros como plata, oro y platino. Además, el tamaño y el espaciado delas partículas deben ser muy precisas; esto requirió pasos de fabricación adicionales y costosos. Además, no había una forma rentable de incorporar partículas debajo de la superficie.
El equipo de Goldman descubrió una forma más sencilla que se integra fácilmente con el proceso de epitaxia de haz molecular utilizado para fabricar semiconductores. La epitaxia de haz molecular pulveriza múltiples capas de elementos metálicos en una oblea. Esto crea exactamente las propiedades conductoras correctas para un propósito determinado.
Los investigadores de la UM aplicaron un haz de iones entre estas capas, un paso que empuja el metal fuera de la oblea de semiconductores hacia la superficie. El metal forma partículas a nanoescala que tienen el mismo propósito que las costosas manchas de oro y platino en investigaciones anteriores.Su tamaño y ubicación pueden controlarse con precisión variando el ángulo y la intensidad del haz de iones. Y al aplicar el haz de iones una y otra vez entre cada capa, se crea un semiconductor con las nanopartículas intercaladas.
"Si ajusta cuidadosamente el tamaño y el espaciado de las nanopartículas y la profundidad con la que están incrustadas, puede encontrar un punto óptimo que mejore las emisiones de luz", dijo Myungkoo Kang, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Goldman y primer autor del estudio."Este proceso nos brinda una forma mucho más simple y menos costosa de hacerlo".
Los investigadores han sabido durante años que las partículas metálicas pueden acumularse en la superficie de los semiconductores durante la fabricación. Pero siempre se consideraron una molestia, algo que sucedió cuando la mezcla de elementos era incorrecta o el momento no era correcto.
"Desde los primeros días de la fabricación de semiconductores, el objetivo siempre fue rociar una capa lisa de elementos sobre la superficie. Si los elementos formaron partículas, se consideró un error", dijo Goldman. "Pero nos dimos cuenta de que esosLos "errores" son muy similares a las partículas que los fabricantes han estado tratando de incorporar a los LED. Así que descubrimos una forma de hacer limonada con limones ".
Hacia capas de invisibilidad
Debido a que la técnica permite un control preciso sobre la distribución de nanopartículas, los investigadores dicen que algún día podría ser útil para capas que hacen que los objetos sean parcialmente invisibles al inducir un fenómeno conocido como "refracción inversa".
La refracción inversa dobla las ondas de luz hacia atrás de una manera que no ocurre en la naturaleza, potencialmente dirigiéndolas alrededor de un objeto o lejos del ojo. Los investigadores creen que al dimensionar y espaciar cuidadosamente una serie de nanopartículas, pueden ser capaces deinducir y controlar la refracción inversa en longitudes de onda específicas de luz.
"Para el encubrimiento de invisibilidad, necesitamos transmitir y manipular la luz de manera muy precisa, y eso es muy difícil hoy", dijo Goldman. "Creemos que este proceso podría darnos el nivel de control que necesitamos para que funcione"."
El equipo ahora está trabajando para adaptar el proceso del haz de iones a los materiales específicos utilizados en los LED; estiman que los dispositivos de iluminación de mayor eficiencia podrían estar listos para el mercado dentro de los próximos cinco años, con ocultamiento de invisibilidad y otras aplicaciones más alláen el futuro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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