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LED突破可能引发照明革命
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来源:功芯技网址:http://www.itopway.cn
LED灯泡的效率比普通白炽灯高四倍,因为它们不含汞,比紧凑型荧光灯更环保。发光二极管也比传统照明更持久,持续时间可能长达15年才烧毁。
“LED技术有可能取代所有白炽灯和紧凑型荧光灯,这将产生巨大的能源和环境影响,”普渡大学材料工程、电气和计算机工程教授Timothy D. Sands说。
但现在市场上的LED灯价格昂贵,部分原因是它们是在蓝宝石衬底或第一层上制造的。普渡大学的研究人员已经解决了这个问题,他们开发了一种在低成本、金属涂层的硅晶片上制造LED的技术,Mark H. Oliver说,他是一名研究材料工程的研究生,他正在与金沙公司合作。
设计用来发出白光的LED电源是固态照明的核心,半导体的设备是由一层材料制成的,当电能使用时会发光。常规照明用玻璃管内的热灯丝或发光气体产生光线。
发光二极管中的发光成分是一种叫做氮化镓的材料,这种材料用于蓝宝石基蓝光和绿光发光二极管,包括交通信号中的发光二极管。这种材料也用于高清晰度DVD播放机的激光器中。然而,蓝宝石的技术目前在广泛的家用照明中花费太大,比传统白炽灯泡和紧凑型荧光灯泡的成本高出至少20倍。
对于高成本的一个原因是蓝宝石基LED需要一个独立的镜面反射光,收藏家通常会迷失。在新的硅基LED研究中,普渡大学的工程师“金属化”硅衬底,内置氮化锆反射层。
“当LED发出的光,它的一些下降和上升,我们希望光向下反弹所以我们不要失去它,说:”金沙,在普度的发现公园比尔克纳米技术中心主任Mary Jo和Robert L. Kirk。
通常,氮化硅在硅的存在下是不稳定的,这意味着它经历了改变其性质的化学反应。
普渡大学的研究人员通过在硅衬底和氮化锆之间放置一层氮化铝绝缘层来解决这个问题。
Sands说:“这项工作的主要成就之一是在硅衬底上放置一个屏障,使氮化锆不起反应。
直到进展之前,工程师们一直无法在硅衬底上直接制造出具有金属反射层的高效LED。
普渡大学的团队使用了一种常见的电子技术,称为反应溅射沉积。用这种方法,研究人员在真空室中用带正电的氩离子轰击金属锆和铝。氩离子使金属原子被喷射,并与腔室中的氮反应导致氮化铝和氮化锆在硅表面沉积。然后氮化镓被另一种常见的技术称为有机金属气相外延,在一个叫做反应器的腔室中进行,温度约为1000摄氏度,或华氏1800度。
当氮化锆、氮化铝和氮化镓沉积在硅上时,它们排列成与硅相匹配的晶体结构。
Sands说:“我们称之为外延生长,或者说是原子在衬底顶部的有序排列。”。原子移动到衬底上,在硅上移动,直到找到合适的位置。
这种晶体的形成对于使发光二极管正常工作至关重要。
“这一切都始于硅,这是一个单一的晶体,你最终与氮化镓,这是面向硅通过这些中间层的氮化锆和氮化铝,”Sands说。例如,如果你把氮化镓放在玻璃幻灯片上,你就不能得到有序的晶体结构,LED就不能正常工作。
使用硅将使工业“扩大”生产过程,或者在大型硅片上制造许多设备,这是不可能使用蓝宝石的。在单芯片上生产许多设备降低了成本
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奥利弗说,硅的另一个优点是散热比蓝宝石好,减少了加热带来的损害,这有可能提高LED的可靠性,延长LED照明的使用寿命。
固态照明的广泛应用可能会对能源消耗和碳排放产生巨大影响,因为在美国,耗电量的三分之一来自照明。


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