Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
12 декабря 2017, вторник, 21:35
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

05 декабря 2017, 15:37

Что мешает светодиоду светить ярче

Российский математический физик из Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН совместно с коллегами из Германии исследовал свойства светодиодов на основе нитрида галлия и построил математическую модель, объясняющую, почему лишь малая часть затраченной электрической энергии переходит в световую. В будущем это поможет создать светодиоды с более высоким КПД. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в Journal of Physics D: Applied Physics, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.

«Данная работа поможет улучшить эффективность светодиодов из нитрида галлия, а также должна послужить толчком к более детальному экспериментальному поиску материалов для светодиодов с более высокой квантовой эффективностью, то есть высокой светоотдачей», – комментирует ведущий автор работы Карл Сабельфельд, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН. 

Светодиод – это прибор на основе полупроводника, превращающий электрический ток в световое излучение. Полупроводники – вещества, которые по своим свойствам находятся между проводниками и материалами, неспособными проводить электричество. Их проводимость меняется в зависимости от температуры, излучений и других внешних условий. Работа полупроводников основана на переходе электронов на «вакантные места», которые называются дырками. Поскольку дырки заряжены положительно (им не хватает электронов, заряженного отрицательно), они перемещаются вслед за электронами, что также называется перемещением заряда. 

Начиная с 1990 года светодиоды часто делают из нитрида галлия (GaN). Это кристаллическое вещество – перспективный материал для изготовления других полупроводниковых приборов, так как нитрид галлия устойчив к ионизирующему излучению. Поэтому из GaN можно делать не только светодиоды, но и солнечные батареи для космических аппаратов. Эффективность уже первых светодиодов на основе нитрида галлия была сравнительно велика (4%), хотя плотность «ловушек», из-за которых энергия может теряться, у нитрида галлия намного больше, чем у других полупроводников с таким же КПД. 

Полупроводник из GaN, как и любой кристалл, имеет дислокации – линии, где нарушена регулярность кристаллической решетки (ещё их называют несовершенствами решетки, так как атомы в случае дислокаций оказываются несимметрично сдвинуты). Дислокации – это «ловушки», захватывающими экситоны (пары из электрона и дырки). Пойманные «ловушками» экситоны уже не могут излучать энергию в виде света, и светодиод светит слабее, чем мог бы. Поэтому дислокации и другие возможные дефекты мешают создать светодиоды, в которых потери энергии не происходит. 

Моделирование процессов диффузии и захвата экситонов проникающими дислокациями. Источник: Карл Сабельфельд

«Однако строгой физической теории о том, как происходит взаимодействие экситонов с дислокациями, не существует, и проблема еще усложняется тем, что методы физических измерений таких взаимодействий довольно сложны и требуют математической поддержки и компьютерного моделирования», – поясняет Карл Сабельфельд.

Наконец такая теория была создана, и помогли в этом методы измерения попадания экситонов в их «ловушки». Чтобы засечь сигнал от взаимодействия экситонов и «ловушек», экспериментаторы используют несколько методов: катодолюминесценцию, основанную на свечении вещества, которое облучили потоком быстрых электронов, и измерение тока, вызванного воздействием на нитрид галлия пучка электронов.

Физики провели сложнейшие, по их словам, расчеты и впервые нашли точное решение задачи об интенсивности катодолюминесценции и тока, вызванного действием электронного пучка. Также они впервые построили модель взаимодействия экситонов и дислокаций, создав строгую теорию, математически объясняющую экспериментальные данные. Новые модели позволяют гораздо лучше понять, как и почему экситоны попадают в «ловушки» и что в будущем поможет повысить КПД светодиодов.

Исследование выполнено совместно с учеными из Института твердотельной электроники им. П. Друде (Берлин).

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi автоматизация бизнеса Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Россотрудничество русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.