Ученые изобрели кремниевые наносветодиоды

Исследователи продемонстрировали обработанные жидкостью образцы кремниевых наносветодиодов «SiLEDs», цвет излучения которых зависит от размеров нанокристаллов, входящих в их состав.

Кремниевые нанокристаллы имеют размеры несколько нанометров и имеют высокую излучательную способность. Ученые из германского Университета в Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT) и канадского Университета в Торонто уже достигли значительных успехов в производстве кремниевых светоизлучающих диодов (SiLEDs). Эти светодиоды не содержат тяжелых металлов и могут излучать свет различных цветов. Команда химиков и исследователей материалов вместе со специалистами в области нанотехнологий и оптоэлектронике представила результаты своей работы в журнале «Nano Letters».

Кремний долгое время считался пригодным только для использования в микроэлектронике или в производстве фотоэлементов, но не как материал для светодиодов. Однако это оказалось не справедливо для крошечных частиц кремния, которые, имея размеры несколько нанометров, могут излучать свет. Эти нанокристаллы, включающие от нескольких сотен до тысячи атомов, имеют значительный потенциал в качестве высокоэффективных излучателей света. Исследование проводили немецкие ученые из группы профессора Юли Леммер (Uli Lemmer) и профессора Ани Пауэл (Annie K. Powell), а также канадские специалисты из группы профессора Джеофрей Озин (Geoffrey A. Ozin).

До сих пор производство кремниевых светоизлучающих диодов было ограничено диапазоном излучения от красной видимой области спектра до ближней инфракрасной области. Причем, в производстве светодиодов генерирующих красный свет, ученые из Карлсруэ достигли максимальной эффективности излучения, из достигнутой в настоящий момент в мире. «Управляемое производство светодиодов имеющих многоцветную палитру – вот в чем новизна этого достижения», — объясняет Флориан Майер-Флэйг (Florian Maier-Flaig), ученый из Института технологий света (LTI) Университета в Карлсруэ, докторант Школы Оптики и Фотоники в Карлсруэ (Karlsruhe School of Optics and Photonics,KSOP). Ученые могут специально настроить цвет излучения светодиода, отбирая наночастицы определенного размера. 

В разработанных светодиодах наблюдается удивительная однородность излучающих областей. Ученые из Германии одни из немногих в мире, знающие, как этого достичь. Эти светодиоды потенциально могут быть получены на больших площадях, а также при низких затратах. «Новая технология производства светодиодов из кремния может открыть такие возможности в нанотехнологиях, которые в настоящий момент даже трудно оценить. Но предварительно, уже можно сказать, что учебники по полупроводниковым компонентам придется переписать», — заявил профессор Озин, который в настоящее время работает в качестве ведущего научного сотрудника Центра функциональных наноструктур в Карлсруэ.

Замечательным свойством светодиодов из кремния является то, что они не содержат тяжелых металлов. В отличие от применяемых другими исследователями селенида кадмия, сульфида кадмия, сульфида свинца, наночастицы кремния не токсичны. Кроме того, кремний находится в изобилии на Земле и может быть получен при низких затратах.