Синий светодиод
Си́ний светодио́д — светоизлучающий оптоэлектронный полупроводниковый прибор с синим цветом свечения.
Светодиоды красного, зелёного и синего цветов позволяют синтезировать всё видимое излучение (включая белый свет). При этом синий светодиод отличается от первых двух сложностью конструкции.
Технологии
Для создания синего светодиода требуется использование полупроводников с большой шириной запрещённой зоны, поскольку энергия излучаемых фотонов, возникающих при рекомбинации электронов и дырок, зависит именно от этой величины. Полупроводниками с большой шириной запрещённой зоны являются карбид кремния, соединения элементов II и IV группы таблицы Менделеева и нитриды элементов III группы. Промышленные синие светодиоды производятся из двойного гетероструктурного кристалла нитрида галлия (GaN), в котором в зоне p-n-перехода вставлен излучательный слой нитрида индия-галлия (InGaN). В качестве подложки для кристалла используется карбид кремния или сапфир.
Кроме того, созданы синие светодиоды на основе карбида кремния и оксида цинка, однако первые обладают слишком низким и, как следствие, низким КПД, а вторые имеют слишком большое удельное сопротивление, из-за этого они перегреваются. Подобные изделия не получили широкого распространения и в настоящее время не производятся.
История создания
Первый синий светодиод был создан ещё в 1971 в компании RCA. Его разработал Жак Панков, создавший светодиод на основе нитрида галлия.
Первые промышленные синие светодиоды на основе карбида кремния серийно выпускались в 1980-х годах, в том числе и в СССР. Однако их яркость была весьма невелика, поэтому они не получили существенного распространения.
К 1980-м годам не существовало эффективных способов выращивания кристаллов и использования нитрида галлия. В конце 1980-х годов Исаму Акасаки и Хироси Амано усовершенствовали метод эпитаксиального выращивания кристалла и смогли получить синий светодиод на одиночном p-n-переходе, используя буферный слой AlN и разработанный ими способ получения, однако его эффективность была низкой.
С 1989 по 1995 год японский инженер Сюдзи Накамура, работавший в то время на японскую корпорацию Nichia Chemical Industries, решил ряд проблем производства светодиодов на основе нитрида галлия. Сначала он смог улучшить технологию производства GaN путём MOC-гидридной эпитаксии на сапфировой подложке, что позволило производить высококачественные кристаллы GaN. Затем он нашёл решение проблемы получения полупроводника p-типа. В 1991 году Накамура продемонстрировал пригодный к промышленному производству синий светодиод с одиночным p-n-переходом с максимумом излучения с длиной волны 430 нм, но эффективность его была по-прежнему мала.
Наконец, завершающим шагом, значительно повысившим эффективность излучения, было внедрение двойной гетероструктуры n-GaN—InGaN—p-GaN. Слой нитрида индия-галлия является активным, он захватывает свободные электроны, в нём происходит рекомбинация и излучение происходит наиболее эффективно. Меняя ширину слоя InGaN, можно изменять длину волны излучаемого света: это позволило получить не только синие, но и высокоэффективные зелёные светодиоды.
Светодиод с двойной гетероструктурой и излучающим слоем InGaN стал промышленным стандартом для производства синих светодиодов. На основе синих светодиодов были изготовлены белые, представляющие собой синий кристалл, покрытый люминофором на основе алюмо-иттриевых гранатов. Такие светодиоды, обладая высокой светоотдачей, оказались эффективным источником света и стали применяться для освещения. Изобретение синего светодиода сделало возможным существование отрасли светодиодного освещения.
За каждый патент Накамуры компания Nichia Chemical Industries выплачивала 170 долларов США. К 2000 году Накамура покинул компанию после более чем 20 лет работы в ней. Сразу же после выхода из компании он переезжает в США, откуда ему поступают предложения по работе, но на этом его проблемы с Nichia Chemical Industries не закончились. Он начал консультировать Cree Inc. (сейчас переименована в Wolfspeed Inc.), другую компанию по производству светодиодов. Nichia Chemical Industries была в ярости и подала в суд на Накамуру за утечку секретов компании. В ответ Накамура подал встречный иск на Nichia Chemical Industries за то, что она не выплатила ему должную компенсацию за изобретение, и потребовал 20 миллионов долларов США. В 2001 году японский суд принял решение в пользу Накамуры и обязал Nichia Chemical Industries выплатить ему сумму, в 10 раз превышающую его первоначальное требования, 189 миллионов долларов США. Но Nichia Chemical Industries подала апелляцию, и в итоге дело было урегулировано с выплатой 8,1 миллиона долларов США. В результате этого хватило только на покрытие судебных издержек Накамуры.
К 1993 году компании «Nichia» удалось начать промышленный выпуск синих светодиодов нового типа. К 2002 году доля производства синих светодиодов у компании возросла до 60 процентов от общего объёма производства.
Позже также удалось создать ультрафиолетовые светодиоды на основе нитридных соединений галлия и алюминия всё тем же Накамурой.
В 2014 году Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамуре была присуждена Нобелевская премия по физике «За изобретение эффективных синих светодиодов, привёдших к появлению ярких и энергосберегающих источников белого света».
Применение
Основным применением синих светодиодов является использование в качестве основы для создания люминофорных белых светодиодов различного назначения, используемых в том числе в целях освещения. В данной конструкции часть излучаемого кристаллом света поглощается люминофором и переизлучается в зелёно-красной области, создавая белое свечение. Различные составы люминофора позволяют получить белый свет различной цветовой температуры.
Кроме белых, созданы и другие люминофорные светодиоды, к примеру, пурпурные, «янтарные», «мятные» и «цвета лайма» .
Синие светодиоды без люминофора применяются в медиафасадах, светодиодных экранах, в декоративной RGB-подсветке.
Кроме того, синие, а так же созданные на их основе люминофорные пурпурные светодиоды применяются для искусственного освещения растений.
См. также
- Белый светодиод
- Искусственное освещение растений
- Медиафасад
- Лазерный диод
Примечания
- Ш. Накамура. История изобретения эффективных синих светодиодов на основе InGaN // Нобилевские лекции по физике. — Стокгольм, 2014. — Т. 186, № 5. — С. 524-536. Архивировано 7 февраля 2023 года.
- E. Fred Schubert Light-emitting diodes 2nd ed., Cambridge University Press, 2006 ISBN 0-521-86538-7 page 16-17
- Milestones in Development of LED. Дата обращения: 9 октября 2014. Архивировано из оригинала 14 октября 2014 года.
- Stringfellow, Gerald B. High brightness light emitting diodes (неопр.). — Academic Press, 1997. — С. 48, 57, 425. — ISBN 0127521569. Архивировано 1 октября 2016 года.
- Нобелевскую премию по физике получили создатели синих светодиодов Архивная копия от 16 декабря 2014 на Wayback Machine // Ведомости 07.10.2014
- В оригинальной документации к светодиодам приборам L1C1 производства Luxeon и XP-E2 производства Cree данные цвета называются Amber, Mint и Lime
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Синий светодиод, Что такое Синий светодиод? Что означает Синий светодиод?
Si nij svetodio d svetoizluchayushij optoelektronnyj poluprovodnikovyj pribor s sinim cvetom svecheniya Sinij svetodiod Svetodiody krasnogo zelyonogo i sinego cvetov pozvolyayut sintezirovat vsyo vidimoe izluchenie vklyuchaya belyj svet Pri etom sinij svetodiod otlichaetsya ot pervyh dvuh slozhnostyu konstrukcii TehnologiiDlya sozdaniya sinego svetodioda trebuetsya ispolzovanie poluprovodnikov s bolshoj shirinoj zapreshyonnoj zony poskolku energiya izluchaemyh fotonov voznikayushih pri rekombinacii elektronov i dyrok zavisit imenno ot etoj velichiny Poluprovodnikami s bolshoj shirinoj zapreshyonnoj zony yavlyayutsya karbid kremniya soedineniya elementov II i IV gruppy tablicy Mendeleeva i nitridy elementov III gruppy Promyshlennye sinie svetodiody proizvodyatsya iz dvojnogo geterostrukturnogo kristalla nitrida galliya GaN v kotorom v zone p n perehoda vstavlen izluchatelnyj sloj nitrida indiya galliya InGaN V kachestve podlozhki dlya kristalla ispolzuetsya karbid kremniya ili sapfir Krome togo sozdany sinie svetodiody na osnove karbida kremniya i oksida cinka odnako pervye obladayut slishkom nizkim i kak sledstvie nizkim KPD a vtorye imeyut slishkom bolshoe udelnoe soprotivlenie iz za etogo oni peregrevayutsya Podobnye izdeliya ne poluchili shirokogo rasprostraneniya i v nastoyashee vremya ne proizvodyatsya Istoriya sozdaniyaPervyj sinij svetodiod byl sozdan eshyo v 1971 v kompanii RCA Ego razrabotal Zhak Pankov sozdavshij svetodiod na osnove nitrida galliya Pervye promyshlennye sinie svetodiody na osnove karbida kremniya serijno vypuskalis v 1980 h godah v tom chisle i v SSSR Odnako ih yarkost byla vesma nevelika poetomu oni ne poluchili sushestvennogo rasprostraneniya K 1980 m godam ne sushestvovalo effektivnyh sposobov vyrashivaniya kristallov i ispolzovaniya nitrida galliya V konce 1980 h godov Isamu Akasaki i Hirosi Amano usovershenstvovali metod epitaksialnogo vyrashivaniya kristalla i smogli poluchit sinij svetodiod na odinochnom p n perehode ispolzuya bufernyj sloj AlN i razrabotannyj imi sposob polucheniya odnako ego effektivnost byla nizkoj S 1989 po 1995 god yaponskij inzhener Syudzi Nakamura rabotavshij v to vremya na yaponskuyu korporaciyu Nichia Chemical Industries reshil ryad problem proizvodstva svetodiodov na osnove nitrida galliya Snachala on smog uluchshit tehnologiyu proizvodstva GaN putyom MOC gidridnoj epitaksii na sapfirovoj podlozhke chto pozvolilo proizvodit vysokokachestvennye kristally GaN Zatem on nashyol reshenie problemy polucheniya poluprovodnika p tipa V 1991 godu Nakamura prodemonstriroval prigodnyj k promyshlennomu proizvodstvu sinij svetodiod s odinochnym p n perehodom s maksimumom izlucheniya s dlinoj volny 430 nm no effektivnost ego byla po prezhnemu mala Nakonec zavershayushim shagom znachitelno povysivshim effektivnost izlucheniya bylo vnedrenie dvojnoj geterostruktury n GaN InGaN p GaN Sloj nitrida indiya galliya yavlyaetsya aktivnym on zahvatyvaet svobodnye elektrony v nyom proishodit rekombinaciya i izluchenie proishodit naibolee effektivno Menyaya shirinu sloya InGaN mozhno izmenyat dlinu volny izluchaemogo sveta eto pozvolilo poluchit ne tolko sinie no i vysokoeffektivnye zelyonye svetodiody Svetodiod s dvojnoj geterostrukturoj i izluchayushim sloem InGaN stal promyshlennym standartom dlya proizvodstva sinih svetodiodov Na osnove sinih svetodiodov byli izgotovleny belye predstavlyayushie soboj sinij kristall pokrytyj lyuminoforom na osnove alyumo ittrievyh granatov Takie svetodiody obladaya vysokoj svetootdachej okazalis effektivnym istochnikom sveta i stali primenyatsya dlya osvesheniya Izobretenie sinego svetodioda sdelalo vozmozhnym sushestvovanie otrasli svetodiodnogo osvesheniya Za kazhdyj patent Nakamury kompaniya Nichia Chemical Industries vyplachivala 170 dollarov SShA K 2000 godu Nakamura pokinul kompaniyu posle bolee chem 20 let raboty v nej Srazu zhe posle vyhoda iz kompanii on pereezzhaet v SShA otkuda emu postupayut predlozheniya po rabote no na etom ego problemy s Nichia Chemical Industries ne zakonchilis On nachal konsultirovat Cree Inc sejchas pereimenovana v Wolfspeed Inc druguyu kompaniyu po proizvodstvu svetodiodov Nichia Chemical Industries byla v yarosti i podala v sud na Nakamuru za utechku sekretov kompanii V otvet Nakamura podal vstrechnyj isk na Nichia Chemical Industries za to chto ona ne vyplatila emu dolzhnuyu kompensaciyu za izobretenie i potreboval 20 millionov dollarov SShA V 2001 godu yaponskij sud prinyal reshenie v polzu Nakamury i obyazal Nichia Chemical Industries vyplatit emu summu v 10 raz prevyshayushuyu ego pervonachalnoe trebovaniya 189 millionov dollarov SShA No Nichia Chemical Industries podala apellyaciyu i v itoge delo bylo uregulirovano s vyplatoj 8 1 milliona dollarov SShA V rezultate etogo hvatilo tolko na pokrytie sudebnyh izderzhek Nakamury K 1993 godu kompanii Nichia udalos nachat promyshlennyj vypusk sinih svetodiodov novogo tipa K 2002 godu dolya proizvodstva sinih svetodiodov u kompanii vozrosla do 60 procentov ot obshego obyoma proizvodstva Pozzhe takzhe udalos sozdat ultrafioletovye svetodiody na osnove nitridnyh soedinenij galliya i alyuminiya vsyo tem zhe Nakamuroj V 2014 godu Isamu Akasaki Hirosi Amano i Syudzi Nakamure byla prisuzhdena Nobelevskaya premiya po fizike Za izobretenie effektivnyh sinih svetodiodov privyodshih k poyavleniyu yarkih i energosberegayushih istochnikov belogo sveta PrimenenieOsnovnym primeneniem sinih svetodiodov yavlyaetsya ispolzovanie v kachestve osnovy dlya sozdaniya lyuminofornyh belyh svetodiodov razlichnogo naznacheniya ispolzuemyh v tom chisle v celyah osvesheniya V dannoj konstrukcii chast izluchaemogo kristallom sveta pogloshaetsya lyuminoforom i pereizluchaetsya v zelyono krasnoj oblasti sozdavaya beloe svechenie Razlichnye sostavy lyuminofora pozvolyayut poluchit belyj svet razlichnoj cvetovoj temperatury Krome belyh sozdany i drugie lyuminofornye svetodiody k primeru purpurnye yantarnye myatnye i cveta lajma Sinie svetodiody bez lyuminofora primenyayutsya v mediafasadah svetodiodnyh ekranah v dekorativnoj RGB podsvetke Krome togo sinie a tak zhe sozdannye na ih osnove lyuminofornye purpurnye svetodiody primenyayutsya dlya iskusstvennogo osvesheniya rastenij Sm takzheBelyj svetodiod Iskusstvennoe osveshenie rastenij Mediafasad Lazernyj diodPrimechaniyaSh Nakamura Istoriya izobreteniya effektivnyh sinih svetodiodov na osnove InGaN Nobilevskie lekcii po fizike Stokgolm 2014 T 186 5 S 524 536 Arhivirovano 7 fevralya 2023 goda E Fred Schubert Light emitting diodes 2nd ed Cambridge University Press 2006 ISBN 0 521 86538 7 page 16 17 Milestones in Development of LED neopr Data obrasheniya 9 oktyabrya 2014 Arhivirovano iz originala 14 oktyabrya 2014 goda Stringfellow Gerald B High brightness light emitting diodes neopr Academic Press 1997 S 48 57 425 ISBN 0127521569 Arhivirovano 1 oktyabrya 2016 goda Nobelevskuyu premiyu po fizike poluchili sozdateli sinih svetodiodov Arhivnaya kopiya ot 16 dekabrya 2014 na Wayback Machine Vedomosti 07 10 2014 V originalnoj dokumentacii k svetodiodam priboram L1C1 proizvodstva Luxeon i XP E2 proizvodstva Cree dannye cveta nazyvayutsya Amber Mint i Lime
