(PhysOrg.com) -- Fysiker från Taiwan har designat och tillverkat lysdioder i nanostorlek (LED) som avger ljus som spänner över hela det synliga spektrumet. Även om de små lysdioderna i full färg inte är avsedda för kommersiella belysningstillämpningar, de bör vara användbara i högupplöst mikroskopi och subvåglängdsfotolitografi.

Forskarna, Yu-Jung Lu, et al., från National Tsing-Hua University i Hsinchu, Taiwan, har publicerat sin studie om nano-LED i ett färskt nummer av Bokstäver i tillämpad fysik .

De nya nano-lysdioderna har en unik struktur som består av 40 nm tjocka nanoskivor inklämda mellan två lager av nanorods, vilket resulterar i en nanodisk-i-nanorod-geometri. Nanoskivorna är gjorda av indiumgalliumnitrid (InGaN), ett halvledande material som används i stor utsträckning i lysdioder och solceller, medan nanoroderna är gjorda av galliumnitrid (GaN). Dock, InGaN-lysdioder som kan avge ljus från hela det synliga spektrumet har inte uppnåtts förrän nu.

"InGaN/GaN nanodisk/nanorodstrukturen liknar en välkänd kvantbrunnsstruktur, men i en reducerad dimensionalitet (minskning i sidostorlekar), ” medförfattare Shangjr Gwo, en fysikprofessor vid National Tsing-Hua University, berättade PhysOrg.com . "InGaN-nanodiskarna som är inklämda mellan p- och n-GaN-regionerna fungerar som sändare av synligt ljus i fullfärg när elektroner och hål injiceras över p-n-övergången vid en framåtriktad förspänning. Det elektroluminescerande ljuset kommer från elektron-hålsrekombinationen inom InGaN nanodiskarna."

Som forskarna förklarade, nyckeln till att uppnå fullfärgslysdioder var att övervinna stora gallerpåfrestningar, som försämrar långvågiga utsläpp. InGaN/GaN nanorod-systemet löser detta problem på grund av spänningsavslappningen i den nanostrukturerade geometrin.

Forskarna hoppas att dessa fullfärgade nano-LED:er kan användas i högupplösta bildtekniker som kan lösa ultrasmå subvåglängder hos objekt. Att göra detta, dessa tekniker måste övervinna diffraktionsgränsen, vilket är en grundläggande gräns för bildupplösning orsakad av spridning - eller "diffraktion" - av vågor. Bildtekniker kan komma runt denna gräns genom att använda flyktiga vågor, som avslöjar information om objekts subvåglängdsegenskaper, men också förfalla exponentiellt bort från objektet. På grund av den korta räckvidden av de evanescenta vågorna, avbildningstekniker som upptäcker dem är baserade på närfältsoptik.

En av dessa tekniker är scanning near-field optical microscopy (SNOM), som använder en liten sond för att generera och hämta evanescenta vågor. En av de största utmaningarna i SNOM är att få en ljuskälla som är liten och mångsidig nog för att fungera på den här sonden, och det är där de nya nano-LED:erna kommer in. Medan tidigare forskning har visat fördelarna med att använda nano-LED på sonderna, det är första gången som en nano-LED med ett fullfärgssortiment har varit tillgängligt.

"För mikroskopi, vi kan använda nano-LED som en lokaliserad excitationsljuskälla vid en vald våglängd för att selektivt excitera specifika fluorescerande molekyler, " sa Lu.

I deras studie, forskarna demonstrerade experimentellt att använda nanodisk-i-nanorod LEDs för subwavelength photolitography, där ljus används för att skapa ett mönster på ett ljuskänsligt material. De förutspår att genom att tillverka nano-LED på SNOM-probspetsarna, de skulle kunna uppnå bättre rumslig kontroll för framtida subvåglängdsfotolitografi.

"För tillämpningar av fotolitografi, friheten att använda nano-LED vid valfri våglängd breddar valet av fotoresist och tillåter kontroll av deras fotorespons, " sa Lu.

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.