एल ई डी नैनोस्केल में प्रवेश करते हैं, लेकिन दक्षता बाधाएं अभी तक की सबसे छोटी एल ई डी को चुनौती देती हैं

नैनोस्केल एल ई डी फोटोनिक्स में सबसे रोमांचक सीमाओं में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं, आशाजनक डिस्प्ले और मानव आंख की तुलना में छोटे उपकरण - फिर भी व्यवहार्य माइक्रो-एलईडी तकनीक का मार्ग मौलिक भौतिकी चुनौतियों से भरा हुआ है जिन्हें इंजीनियरों ने हल करना शुरू कर दिया है। जैसे-जैसे शोधकर्ता एलईडी को नैनोमीटर शासन में धकेलते हैं, दक्षता तेजी से गिरती है, जिससे उन फायदों के कमजोर होने का खतरा होता है जो पहले स्थान पर लघु प्रकाश स्रोतों को इतना आकर्षक बनाते हैं।

नैनोस्केल एलईडी वास्तव में क्या हैं और वे क्यों महत्वपूर्ण हैं?

एक नैनोस्केल एलईडी - जिसे इसके आयामों के आधार पर अक्सर माइक्रो-एलईडी या नैनो-एलईडी कहा जाता है - एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड है जिसका सक्रिय क्षेत्र कुछ सौ नैनोमीटर से लेकर दसियों नैनोमीटर तक कहीं भी मापता है। इन पैमानों पर, पारंपरिक अर्धचालक निर्माण तकनीक क्वांटम यांत्रिकी, सतह रसायन विज्ञान और सामग्री दोषों की कठिन सीमाओं को इस तरह से पूरा करती है कि बड़े एलईडी का सामना नहीं करना पड़ता है।

अपील बहुत बड़ी है. नैनो-एलईडी संवर्धित और आभासी वास्तविकता हेडसेट, अगली पीढ़ी के मेडिकल इमेजिंग टूल, ऑप्टिकल न्यूरल इंटरफेस और ऑन-चिप ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट के लिए अल्ट्रा-हाई-रिज़ॉल्यूशन डिस्प्ले सक्षम कर सकते हैं जो प्रकाश की गति से डेटा स्थानांतरित करते हैं। ओएलईडी तकनीक की तुलना में, माइक्रो-एलईडी बेहतर चमक, लंबी उम्र और कम बिजली की खपत का वादा करते हैं - कम से कम सिद्धांत में। व्यवहार में, उन्हें नैनोस्केल आयामों पर कुशलता से काम कराना आधुनिक सेमीकंडक्टर इंजीनियरिंग में सबसे कठिन समस्याओं में से एक साबित हो रहा है।

अब तक की सबसे छोटी एल ई डी की दक्षता में गिरावट का क्या कारण है?

नैनोस्केल एलईडी के सामने आने वाली केंद्रीय चुनौती एक ऐसी घटना है जिसे शोधकर्ता "दक्षता में गिरावट" कहते हैं - डिवाइस के आयाम सिकुड़ने के कारण बाहरी क्वांटम दक्षता (ईक्यूई) में तेज गिरावट होती है। कई यौगिक तंत्र इस प्रभाव को संचालित करते हैं:

सतह पुनर्संयोजन हानि: जैसे-जैसे सतह-क्षेत्र-से-आयतन अनुपात नैनोस्केल पर नाटकीय रूप से बढ़ता है, चार्ज वाहक (इलेक्ट्रॉन और छेद) डिवाइस की सतह तक पहुंचने और गैर-विकिरणीय रूप से पुन: संयोजित होने की अधिक संभावना रखते हैं, जिससे प्रकाश के बजाय गर्मी पैदा होती है।

नक़्क़ाशी से साइडवॉल क्षति: छोटे एलईडी मेसा को पैटर्न देने के लिए उपयोग की जाने वाली प्लाज़्मा नक़्क़ाशी प्रक्रियाएं क्रिस्टल दोष और साइडवॉल के साथ लटकते रासायनिक बंधन पेश करती हैं, जिससे अतिरिक्त गैर-विकिरण संबंधी पुनर्संयोजन केंद्र बनते हैं जो डिवाइस की दक्षता को खत्म कर देते हैं।

उच्च वाहक घनत्व पर ऑगर पुनर्संयोजन: जब समान वर्तमान घनत्व को बहुत कम सक्रिय मात्रा में इंजेक्ट किया जाता है, तो स्थानीय वाहक सांद्रता आसमान छूती है, जिससे ऑगर पुनर्संयोजन शुरू हो जाता है - एक तीन-शरीर प्रक्रिया जो फोटॉन के बजाय गर्मी के रूप में ऊर्जा बर्बाद करती है।

ख़राब करंट प्रसार: नैनोस्केल आयामों पर, इंजेक्ट किया गया करंट सक्रिय क्षेत्र में समान रूप से वितरित होने के बजाय संपर्कों के पास जमा हो जाता है, जिससे हॉट स्पॉट बनते हैं जो गिरावट को तेज करते हैं और एकरूपता को कम करते हैं।

फोटॉन निष्कर्षण कठिनाइयाँ: क्वांटम कारावास प्रभाव उत्सर्जन की दिशा और तरंग दैर्ध्य को बदल देते हैं, जिससे छोटे डिवाइस वॉल्यूम से फोटॉन को कुशलतापूर्वक निकालना कठिन हो जाता है।

"भौतिकी जो बड़े एल ई डी को कुशल बनाती है वह वास्तव में नैनोस्केल पर आपके खिलाफ काम करती है। प्रत्येक आयाम जिसे आप सिकोड़ते हैं वह अधिक सतह को उजागर करता है, और सतह वह जगह है जहां प्रकाश मर जाता है। नैनो स्तर पर सतह निष्क्रियता को हल करना वह कुंजी है जो बाकी तकनीक को अनलॉक करती है।" - अग्रणी फोटोनिक्स शोधकर्ता, नेचर फोटोनिक्स संगोष्ठी, 2024

शोधकर्ता सरफेस पैसिवेशन समस्या से कैसे निपट रहे हैं?

सतह निष्क्रियता - दोष स्थितियों को बेअसर करने के लिए उजागर अर्धचालक सतहों का रासायनिक उपचार - नैनो-एलईडी इंजीनियरिंग में प्रमुख अनुसंधान फोकस बन गया है। एमआईटी, केएआईएसटी और आईएमईसी की टीमों ने साइडवॉल को कोट करने और गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन को दबाने के लिए एल्यूमिना और हेफ़नियम ऑक्साइड फिल्मों के परमाणु परत जमाव (एएलडी) के साथ प्रयोग किया है। परिणाम आशाजनक लेकिन असंगत रहे हैं, निष्क्रियता गुणवत्ता पूर्ववर्ती रसायन विज्ञान और जमाव तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है।

एक समानांतर दृष्टिकोण पारंपरिक क्वांटम कुओं के बजाय क्वांटम डॉट (क्यूडी) सक्रिय परतों का उपयोग करता है। Beça

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