"Bendy" lysdiodskärmar (LED) och solceller tillverkade av oorganiska sammansatta halvledarmikrostavar rör sig ett steg närmare verkligheten, tack vare grafen och arbetet från ett team av forskare i Korea.

För närvarande, de flesta flexibla elektronik- och optoelektronikenheter är tillverkade av organiska material. Men oorganiska sammansatta halvledare som galliumnitrid (GaN) kan ge många fördelar jämfört med organiska material för användning i dessa enheter – inklusive överlägsen optisk, elektriska och mekaniska egenskaper.

Ett stort hinder som hittills har förhindrat användningen av oorganiska sammansatta halvledare i dessa typer av applikationer var svårigheten att odla dem på flexibla substrat.

I journalen APL-material , från AIP Publishing, ett team av forskare från Seoul National University (SNU) under ledning av professor Gyu-Chul Yi beskriver deras arbete med att odla GaN-mikrostavar på grafen för att skapa överförbara lysdioder och möjliggöra tillverkning av böjbara och töjbara enheter.

"GaN-mikrostrukturer och nanostrukturer får uppmärksamhet inom forskarvärlden som ljusemitterande enheter på grund av deras ljusemission i variabla färger och integrationsegenskaper med hög densitet, " förklarade Yi. "När de kombineras med grafensubstrat, dessa mikrostrukturer visar också utmärkt tolerans för mekanisk deformation."

Varför välja grafen för substrat? Ultratunna grafenfilmer består av svagt bundna lager av hexagonalt arrangerade kolatomer som hålls samman av starka kovalenta bindningar. Detta gör grafen till ett idealiskt substrat "eftersom det ger önskad flexibilitet med utmärkt mekanisk styrka - och det är också kemiskt och fysikaliskt stabilt vid temperaturer över 1, 000°C, " sa Yi.

Det är viktigt att notera att för tillväxten av GaN mikrostavar, den mycket stabila och inaktiva ytan av grafen erbjuder ett litet antal kärnbildningsställen för GaN-tillväxt, vilket skulle förbättra tredimensionell ö-tillväxt av GaN-mikrostavar på grafen.

För att skapa de faktiska GaN-mikrostruktur-lysdioderna på grafensubstraten, teamet använder en katalysatorfri metall-organisk kemisk ångavsättning (MOCVD) process som de utvecklade redan 2002.

"Bland teknikens nyckelkriterier, det är nödvändigt att bibehålla hög kristallinitet, kontroll över doping, bildning av heterostrukturer och kvantstrukturer, och vertikalt inriktad tillväxt på underliggande substrat, " säger Yi.

När teamet testade böjbarheten och tillförlitligheten hos GaN mikrostavar tillverkade på grafen, de fann att "de resulterande flexibla lysdioderna visade intensiv elektroluminescens (EL) och var tillförlitliga - det fanns ingen signifikant försämring av optisk prestanda efter 1, 000 böjningscykler, " noterade Kunook Chung, artikelns huvudförfattare och doktorand vid SNU:s fysikavdelning.

Detta representerar ett enormt genombrott för nästa generations elektronik- och optoelektronikenheter – vilket möjliggör användningen av storskaliga och billiga tillverkningsprocesser.

"Genom att dra fördel av större grafenfilmer, hybridheterostrukturer kan användas för att tillverka olika elektronik- och optoelektronikenheter såsom flexibla och bärbara LED-skärmar för kommersiellt bruk, " sa Yi.