Los gurús de los nanocables del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han fabricado diodos emisores de luz ultravioleta (LED) que, gracias a un tipo especial de concha, Producen una intensidad de luz cinco veces mayor que los LED comparables basados ​​en un diseño de carcasa más simple.

Los LED ultravioleta se utilizan en un número creciente de aplicaciones, como el curado de polímeros, depuración de agua y desinfección médica. Los micro-LED también son de interés para pantallas visuales. El personal del NIST está experimentando con LED basados ​​en nanocables para puntas de sonda de escaneo destinadas a aplicaciones de electrónica y biología.

El nuevo, Los LED más brillantes son el resultado de la experiencia del NIST en la fabricación de nanocables de nitruro de galio (GaN) de alta calidad. Últimamente, Los investigadores han estado experimentando con núcleos de nanocables hechos de GaN dopado con silicio, que tiene electrones extra, rodeado de conchas hechas de GaN dopado con magnesio, que tiene un excedente de "huecos" para los electrones faltantes. Cuando un electrón y un agujero se combinan, la energía se libera en forma de luz, un proceso conocido como electroluminiscencia.

El grupo NIST demostró previamente LED que producían luz atribuida a electrones inyectados en la capa de la cáscara para recombinarse con agujeros. Los nuevos LED tienen un poco de aluminio agregado a la capa de la carcasa, lo que reduce las pérdidas por desbordamiento de electrones y reabsorción de luz.

Como se describe en la revista Nanotecnología , los LED más brillantes están fabricados a partir de nanocables con una estructura denominada "p-i-n", un diseño de tres capas que inyecta electrones y agujeros en el nanoalambre. La adición de aluminio a la carcasa ayuda a confinar los electrones al núcleo del nanoalambre, aumentar cinco veces la electroluminiscencia.

"El papel del aluminio es introducir una asimetría en la corriente eléctrica que evita que los electrones fluyan hacia la capa de la cáscara, lo que reduciría la eficiencia, y en su lugar confina electrones y agujeros al núcleo del nanoalambre, ", dijo el primer autor Matt Brubaker.

Las estructuras de prueba de nanocables tenían aproximadamente 440 nanómetros (nm) de largo con un grosor de capa de aproximadamente 40 nm. Los LED finales, incluyendo las conchas, eran casi 10 veces más grandes. Los investigadores encontraron que la cantidad de aluminio incorporada en las estructuras fabricadas depende del diámetro del nanoalambre.

El líder del grupo, Kris Bertness, dijo que al menos dos empresas están desarrollando micro-LED basados ​​en nanocables, y el NIST tiene un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo con uno de ellos para desarrollar métodos de caracterización estructural y de dopantes. Los investigadores han tenido discusiones preliminares con compañías de sondas de escaneo sobre el uso de LED NIST en sus puntas de sonda, y NIST planea demostrar pronto prototipos de herramientas LED.

El equipo del NIST posee la Patente de EE. UU. 8, 484, 756 en un instrumento que combina microscopía de sonda de barrido de microondas con un LED para no destructivos, Pruebas sin contacto de la calidad del material para nanoestructuras semiconductoras importantes, como canales de transistores y granos individuales en células solares. La sonda también podría usarse para la investigación biológica sobre el despliegue de proteínas y la estructura celular.