GaN-அடிப்படையிலான ஒளி-உமிழும் டையோட்களில் (LEDகள்), எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி நுட்பங்கள் மற்றும் சாதனக் கட்டமைப்பில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றம், உள் குவாண்டம் செயல்திறனை (IQE) அதன் தத்துவார்த்த அதிகபட்சத்திற்கு நெருக்கமாகக் கொண்டு வந்துள்ளது. இந்த முன்னேற்றங்கள் இருந்தபோதிலும், LEDகளின் ஒட்டுமொத்த ஒளிரும் செயல்திறன் ஒளி பிரித்தெடுக்கும் திறன் (LEE) மூலம் அடிப்படையில் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது. GaN எபிடாக்ஸிக்கு சபையர் தொடர்ந்து முக்கிய அடி மூலக்கூறு பொருளாக இருப்பதால், அதன் மேற்பரப்பு உருவவியல் சாதனத்திற்குள் ஒளியியல் இழப்புகளை நிர்வகிப்பதில் ஒரு தீர்க்கமான பங்கை வகிக்கிறது.

இந்தக் கட்டுரை தட்டையான சபையர் அடி மூலக்கூறுகளுக்கும் வடிவமைக்கப்பட்ட வடிவங்களுக்கும் இடையிலான விரிவான ஒப்பீட்டை வழங்குகிறது.சபையர் அடி மூலக்கூறுகள் (PSS). இது PSS ஒளி பிரித்தெடுக்கும் திறனை மேம்படுத்தும் ஒளியியல் மற்றும் படிகவியல் வழிமுறைகளை தெளிவுபடுத்துகிறது மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட LED உற்பத்தியில் PSS ஏன் ஒரு நடைமுறை தரநிலையாக மாறியுள்ளது என்பதை விளக்குகிறது.

1. அடிப்படைத் தடையாக ஒளி பிரித்தெடுக்கும் திறன்

ஒரு LED-யின் வெளிப்புற குவாண்டம் செயல்திறன் (EQE) இரண்டு முதன்மை காரணிகளின் பெருக்கத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது:

$EQE=IQE\times LEE\backslash text\{EQE\}\; =\; \backslash text\{IQE\}\; \backslash times\; \backslash text\{LEE\}$

EQE=IQE×LEE

IQE செயலில் உள்ள பகுதிக்குள் கதிர்வீச்சு மறுசீரமைப்பின் செயல்திறனை அளவிடும் அதே வேளையில், LEE சாதனத்திலிருந்து வெற்றிகரமாக தப்பிக்கும் உருவாக்கப்பட்ட ஃபோட்டான்களின் பகுதியை விவரிக்கிறது.

சபையர் அடி மூலக்கூறுகளில் வளர்க்கப்படும் GaN-அடிப்படையிலான LED களுக்கு, வழக்கமான வடிவமைப்புகளில் LEE பொதுவாக தோராயமாக 30–40% வரை மட்டுமே இருக்கும். இந்த வரம்பு முதன்மையாக இதிலிருந்து எழுகிறது:

• GaN (n ≈ 2.4), சபையர் (n ≈ 1.7), மற்றும் காற்று (n ≈ 1.0) ஆகியவற்றுக்கு இடையே கடுமையான ஒளிவிலகல் குறியீட்டு பொருத்தமின்மை.

• சமதள இடைமுகங்களில் வலுவான மொத்த உள் பிரதிபலிப்பு (TIR)

• எபிடாக்சியல் அடுக்குகள் மற்றும் அடி மூலக்கூறுக்குள் ஃபோட்டான்களைப் பிடிப்பது

இதன் விளைவாக, உருவாக்கப்படும் ஃபோட்டான்களில் கணிசமான பகுதி பல உள் பிரதிபலிப்புகளுக்கு உட்படுகிறது மற்றும் இறுதியில் பயனுள்ள ஒளி வெளியீட்டிற்கு பங்களிப்பதற்குப் பதிலாக பொருளால் உறிஞ்சப்படுகிறது அல்லது வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது.

2. தட்டையான நீலக்கல் அடி மூலக்கூறுகள்: ஒளியியல் கட்டுப்பாடுகளுடன் கட்டமைப்பு எளிமை.

2.1 கட்டமைப்பு பண்புகள்

தட்டையான சபையர் அடி மூலக்கூறுகள் பொதுவாக மென்மையான, சமதள மேற்பரப்புடன் கூடிய c-தளம் (0001) நோக்குநிலையைப் பயன்படுத்துகின்றன. அவை பரவலாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டதன் காரணமாக:

• உயர் படிகத் தரம்

• சிறந்த வெப்ப மற்றும் வேதியியல் நிலைத்தன்மை

• முதிர்ந்த மற்றும் செலவு குறைந்த உற்பத்தி செயல்முறைகள்

2.2 ஒளியியல் நடத்தை

ஒளியியல் நிலைப்பாட்டில் இருந்து, பிளானர் இடைமுகங்கள் மிகவும் திசைசார்ந்த மற்றும் கணிக்கக்கூடிய ஃபோட்டான் பரவல் பாதைகளுக்கு இட்டுச் செல்கின்றன. GaN செயலில் உள்ள பகுதியில் உருவாக்கப்படும் ஃபோட்டான்கள், முக்கியமான கோணத்தை மீறும் நிகழ்வு கோணங்களில் GaN–காற்று அல்லது GaN–சபையர் இடைமுகத்தை அடையும் போது, ​​மொத்த உள் பிரதிபலிப்பு ஏற்படுகிறது.

இதன் விளைவாக:

• சாதனத்திற்குள் வலுவான ஃபோட்டான் அடைப்பு

• உலோக மின்முனைகள் மற்றும் குறைபாடு நிலைகளால் அதிகரித்த உறிஞ்சுதல்

• உமிழப்படும் ஒளியின் வரையறுக்கப்பட்ட கோணப் பரவல்

சாராம்சத்தில், தட்டையான சபையர் அடி மூலக்கூறுகள் ஒளியியல் அடைப்பைக் கடப்பதில் சிறிதளவு உதவியை வழங்குகின்றன.

3. வடிவமைக்கப்பட்ட நீலக்கல் அடி மூலக்கூறுகள்: கருத்து மற்றும் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பு

ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபி மற்றும் செதுக்கல் நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி சபையர் மேற்பரப்பில் காலமுறை அல்லது அரை-காலமுறை நுண்ணிய அல்லது நானோ அளவிலான கட்டமைப்புகளை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் ஒரு வடிவமைக்கப்பட்ட சபையர் அடி மூலக்கூறு (PSS) உருவாகிறது.

பொதுவான PSS வடிவியல்களில் பின்வருவன அடங்கும்:

• கூம்பு கட்டமைப்புகள்

• அரைக்கோள குவிமாடங்கள்

• பிரமிடு அம்சங்கள்

• உருளை அல்லது துண்டிக்கப்பட்ட கூம்பு வடிவங்கள்

வழக்கமான அம்ச பரிமாணங்கள் துணை மைக்ரோமீட்டரிலிருந்து பல மைக்ரோமீட்டர்கள் வரை இருக்கும், கவனமாக கட்டுப்படுத்தப்பட்ட உயரம், சுருதி மற்றும் கடமை சுழற்சியுடன்.

4. PSS இல் ஒளி பிரித்தெடுத்தல் மேம்பாட்டின் வழிமுறைகள்

4.1 மொத்த உள் பிரதிபலிப்பை அடக்குதல்

PSS இன் முப்பரிமாண நிலப்பரப்பு, பொருள் இடைமுகங்களில் நிகழ்வுகளின் உள்ளூர் கோணங்களை மாற்றியமைக்கிறது. இல்லையெனில் ஒரு தட்டையான எல்லையில் மொத்த உள் பிரதிபலிப்பை அனுபவிக்கும் ஃபோட்டான்கள் தப்பிக்கும் கூம்புக்குள் கோணங்களுக்கு திருப்பி விடப்படுகின்றன, இது சாதனத்திலிருந்து வெளியேறும் நிகழ்தகவை கணிசமாக அதிகரிக்கிறது.

4.2 மேம்படுத்தப்பட்ட ஆப்டிகல் சிதறல் மற்றும் பாதை சீரற்றமயமாக்கல்

PSS கட்டமைப்புகள் பல ஒளிவிலகல் மற்றும் பிரதிபலிப்பு நிகழ்வுகளை அறிமுகப்படுத்துகின்றன, இதனால் பின்வருவன ஏற்படுகின்றன:

• ஃபோட்டான் பரவல் திசைகளின் சீரற்றமயமாக்கல்

• ஒளி-பிரித்தெடுக்கும் இடைமுகங்களுடனான அதிகரித்த தொடர்பு

• சாதனத்திற்குள் ஃபோட்டான் தங்கும் நேரம் குறைக்கப்பட்டது.

புள்ளிவிவரப்படி, இந்த விளைவுகள் உறிஞ்சுதல் ஏற்படுவதற்கு முன்பு ஃபோட்டான் பிரித்தெடுக்கும் வாய்ப்பை அதிகரிக்கின்றன.

4.3 பயனுள்ள ஒளிவிலகல் குறியீட்டு தரப்படுத்தல்

ஒளியியல் மாதிரியாக்கக் கண்ணோட்டத்தில், PSS ஒரு பயனுள்ள ஒளிவிலகல் குறியீட்டு மாற்ற அடுக்காகச் செயல்படுகிறது. GaN இலிருந்து காற்றிற்கு திடீர் ஒளிவிலகல் குறியீட்டு மாற்றத்திற்குப் பதிலாக, வடிவமைக்கப்பட்ட பகுதி படிப்படியாக ஒளிவிலகல் குறியீட்டு மாறுபாட்டை வழங்குகிறது, இதன் மூலம் ஃப்ரெஸ்னல் பிரதிபலிப்பு இழப்புகளைக் குறைக்கிறது.

இந்த வழிமுறை கருத்தியல் ரீதியாக பிரதிபலிப்பு எதிர்ப்பு பூச்சுகளுக்கு ஒத்ததாக இருக்கிறது, இருப்பினும் இது மெல்லிய-பட குறுக்கீட்டை விட வடிவியல் ஒளியியலை நம்பியுள்ளது.

4.4 ஒளியியல் உறிஞ்சுதல் இழப்புகளின் மறைமுகக் குறைப்பு

ஃபோட்டான் பாதை நீளங்களைக் குறைப்பதன் மூலமும், மீண்டும் மீண்டும் உள் பிரதிபலிப்புகளை அடக்குவதன் மூலமும், PSS ஒளியியல் உறிஞ்சுதலின் நிகழ்தகவைக் குறைக்கிறது:

• உலோக தொடர்புகள்

• படிகக் குறைபாடு நிலைகள்

• GaN இல் கட்டற்ற-கேரியர் உறிஞ்சுதல்

இந்த விளைவுகள் அதிக செயல்திறன் மற்றும் மேம்பட்ட வெப்ப செயல்திறன் ஆகிய இரண்டிற்கும் பங்களிக்கின்றன.

5. கூடுதல் நன்மைகள்: படிக தரத்தில் முன்னேற்றம்.

ஒளியியல் மேம்பாட்டிற்கு அப்பால், பக்கவாட்டு எபிடாக்சியல் அதிகப்படியான வளர்ச்சி (LEO) வழிமுறைகள் மூலம் எபிடாக்சியல் பொருள் தரத்தையும் PSS மேம்படுத்துகிறது:

• சபையர்–GaN இடைமுகத்தில் உருவாகும் இடப்பெயர்வுகள் திருப்பி விடப்படுகின்றன அல்லது நிறுத்தப்படுகின்றன.

• நூல் இடப்பெயர்ச்சி அடர்த்தி கணிசமாகக் குறைக்கப்படுகிறது.

• மேம்படுத்தப்பட்ட படிகத் தரம் சாதன நம்பகத்தன்மையையும் செயல்பாட்டு ஆயுட்காலத்தையும் மேம்படுத்துகிறது.

இந்த இரட்டை ஒளியியல் மற்றும் கட்டமைப்பு நன்மை PSS ஐ முற்றிலும் ஒளியியல் மேற்பரப்பு-அமைப்பு அணுகுமுறைகளிலிருந்து வேறுபடுத்துகிறது.

6. அளவு ஒப்பீடு: பிளாட் சபையர் vs. PSS

உண்மையான செயல்திறன் ஆதாயங்கள் வடிவ வடிவியல், உமிழ்வு அலைநீளம், சிப் கட்டமைப்பு மற்றும் பேக்கேஜிங் உத்தி ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது.

7. வர்த்தக பரிமாற்றங்கள் மற்றும் பொறியியல் பரிசீலனைகள்

அதன் நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், PSS பல நடைமுறை சவால்களை அறிமுகப்படுத்துகிறது:

• கூடுதல் லித்தோகிராஃபி மற்றும் செதுக்கல் படிகள் உற்பத்தி செலவை அதிகரிக்கின்றன.

• வடிவ சீரான தன்மை மற்றும் எட்ச் ஆழத்திற்கு துல்லியமான கட்டுப்பாடு தேவை.

• மோசமாக மேம்படுத்தப்பட்ட வடிவங்கள் எபிடாக்சியல் சீரான தன்மையை மோசமாக பாதிக்கலாம்.

எனவே, PSS உகப்பாக்கம் என்பது இயல்பாகவே ஒளியியல் உருவகப்படுத்துதல், எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி பொறியியல் மற்றும் சாதன வடிவமைப்பு ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய ஒரு பல்துறை பணியாகும்.

8. தொழில்துறை கண்ணோட்டம் மற்றும் எதிர்காலக் கண்ணோட்டம்

நவீன LED உற்பத்தியில், PSS இனி ஒரு விருப்ப மேம்பாடாகக் கருதப்படுவதில்லை. நடுத்தர மற்றும் உயர் சக்தி LED பயன்பாடுகளில் - பொது வெளிச்சம், வாகன விளக்குகள் மற்றும் காட்சி பின்னொளி உட்பட - இது ஒரு அடிப்படை தொழில்நுட்பமாக மாறியுள்ளது.

எதிர்கால ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு போக்குகள் பின்வருமாறு:

• மினி-எல்இடி மற்றும் மைக்ரோ-எல்இடி பயன்பாடுகளுக்காக வடிவமைக்கப்பட்ட மேம்பட்ட PSS வடிவமைப்புகள்

• PSS ஐ ஃபோட்டானிக் படிகங்கள் அல்லது நானோ அளவிலான மேற்பரப்பு அமைப்புடன் இணைக்கும் கலப்பின அணுகுமுறைகள்

• செலவுக் குறைப்பு மற்றும் அளவிடக்கூடிய வடிவமைப்பு தொழில்நுட்பங்களை நோக்கிய தொடர்ச்சியான முயற்சிகள்.

முடிவுரை

வடிவமைக்கப்பட்ட சபையர் அடி மூலக்கூறுகள், LED சாதனங்களில் செயலற்ற இயந்திர ஆதரவிலிருந்து செயல்பாட்டு ஒளியியல் மற்றும் கட்டமைப்பு கூறுகளுக்கு ஒரு அடிப்படை மாற்றத்தைக் குறிக்கின்றன. ஒளி பிரித்தெடுக்கும் இழப்புகளை அவற்றின் மூலத்தில் - அதாவது ஒளியியல் அடைப்பு மற்றும் இடைமுக பிரதிபலிப்பு - நிவர்த்தி செய்வதன் மூலம், PSS அதிக செயல்திறன், மேம்பட்ட நம்பகத்தன்மை மற்றும் மிகவும் நிலையான சாதன செயல்திறனை செயல்படுத்துகிறது.

இதற்கு நேர்மாறாக, தட்டையான சபையர் அடி மூலக்கூறுகள் அவற்றின் உற்பத்தித்திறன் மற்றும் குறைந்த விலை காரணமாக கவர்ச்சிகரமானதாக இருந்தாலும், அவற்றின் உள்ளார்ந்த ஒளியியல் வரம்புகள் அடுத்த தலைமுறை உயர் திறன் கொண்ட LED களுக்கு அவற்றின் பொருத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. LED தொழில்நுட்பம் தொடர்ந்து வளர்ச்சியடைந்து வருவதால், பொருட்கள் பொறியியல் எவ்வாறு கணினி அளவிலான செயல்திறன் ஆதாயங்களாக நேரடியாக மொழிபெயர்க்க முடியும் என்பதற்கு PSS ஒரு தெளிவான எடுத்துக்காட்டாக உள்ளது.