GaN تي ٻڌل روشني خارج ڪندڙ ڊائيوڊس (LEDs) ۾، ايپيٽڪسيل واڌ جي طريقن ۽ ڊوائيس جي فن تعمير ۾ مسلسل ترقي اندروني ڪوانٽم ڪارڪردگي (IQE) کي ان جي نظرياتي وڌ کان وڌ جي ويجهو وڌائي ڇڏيو آهي. انهن ترقي جي باوجود، LEDs جي مجموعي چمڪندڙ ڪارڪردگي بنيادي طور تي روشني ڪڍڻ جي ڪارڪردگي (LEE) پاران محدود رهي ٿي. جيئن ته نيلم GaN ايپيٽڪسي لاءِ غالب سبسٽريٽ مواد رهيو آهي، ان جي مٿاڇري جي مورفولوجي ڊوائيس اندر آپٽيڪل نقصانن کي منظم ڪرڻ ۾ فيصلو ڪندڙ ڪردار ادا ڪري ٿي.

هي مضمون فليٽ نيلم سبسٽريٽ ۽ نموني جي وچ ۾ هڪ جامع مقابلو پيش ڪري ٿونيلم سبسٽريٽس (PSS)اهو آپٽيڪل ۽ ڪرسٽلوگرافڪ ميڪانيزم کي واضح ڪري ٿو جنهن ذريعي پي ايس ايس روشني ڪڍڻ جي ڪارڪردگي کي وڌائي ٿو ۽ وضاحت ڪري ٿو ته پي ايس ايس اعليٰ ڪارڪردگي واري ايل اي ڊي جي پيداوار ۾ هڪ حقيقي معيار ڇو بڻجي چڪو آهي.

1. روشني ڪڍڻ جي ڪارڪردگي هڪ بنيادي رڪاوٽ جي طور تي

هڪ LED جي خارجي ڪوانٽم ڪارڪردگي (EQE) ٻن بنيادي عنصرن جي پيداوار سان طئي ڪئي ويندي آهي:

$EQE=IQE\times LEE\backslash ٽيڪسٽ\{EQE\}\; =\; \backslash ٽيڪسٽ\{IQE\}\; \backslash ٽائيم\; \backslash ٽيڪسٽ\{LEE\}$

ايڪو اي = آئي ڪيو اي × ايل اي اي

جڏهن ته IQE فعال علائقي اندر تابڪاري ٻيهر ميلاپ جي ڪارڪردگي جو اندازو لڳائي ٿو، LEE پيدا ٿيل فوٽانن جي حصي کي بيان ڪري ٿو جيڪي ڪاميابي سان ڊوائيس مان فرار ٿي وڃن ٿا.

نيلم سبسٽريٽس تي اُڀريل GaN تي ٻڌل LEDs لاءِ، روايتي ڊيزائنن ۾ LEE عام طور تي تقريبن 30-40٪ تائين محدود هوندو آهي. هي حد بنيادي طور تي پيدا ٿئي ٿي:

• GaN (n ≈ 2.4)، نيلم (n ≈ 1.7)، ۽ هوا (n ≈ 1.0) جي وچ ۾ سخت ريفريڪٽو انڊيڪس بي ترتيب.

• پلانر انٽرفيس تي مضبوط ڪُل اندروني عڪاسي (TIR)

• ايپيٽيڪسيل پرتن ۽ سبسٽريٽ اندر فوٽون جو ڦاسي پوڻ

نتيجي طور، پيدا ٿيل فوٽانن جو هڪ اهم حصو ڪيترن ئي اندروني عڪاسي مان گذرندو آهي ۽ آخرڪار مواد ذريعي جذب ٿي ويندا آهن يا مفيد روشني جي پيداوار ۾ حصو وٺڻ بدران گرمي ۾ تبديل ٿي ويندا آهن.

2. فليٽ نيلم سبسٽريٽ: آپٽيڪل پابندين سان ساخت جي سادگي

2.1 ساختي خاصيتون

فليٽ نيلم سبسٽريٽ عام طور تي هڪ هموار، پلينر مٿاڇري سان سي-پلين (0001) رخ استعمال ڪندا آهن. انهن کي وڏي پيماني تي اختيار ڪيو ويو آهي ڇاڪاڻ ته:

• اعليٰ ڪرسٽل معيار

• بهترين حرارتي ۽ ڪيميائي استحڪام

• پختو ۽ قيمتي اثرائتي پيداواري عمل

2.2 بصري رويي

بصري نقطي نظر کان، پلانر انٽرفيس انتهائي هدايتي ۽ پيشنگوئي لائق فوٽون پروپيگيشن رستن ڏانهن وٺي ويندا آهن. جڏهن GaN فعال علائقي ۾ پيدا ٿيندڙ فوٽون GaN-هوا يا GaN-نيلم انٽرفيس تائين واقعن جي زاوين تي پهچي ويندا آهن جيڪي نازڪ زاويه کان وڌيڪ هوندا آهن، ته مڪمل اندروني عڪاسي ٿيندي آهي.

ان جو نتيجو هي نڪرندو آهي:

• ڊوائيس اندر مضبوط فوٽون قيد

• ڌاتو اليڪٽروڊس ۽ خراب حالتن ذريعي جذب ۾ اضافو

• خارج ٿيندڙ روشني جي هڪ محدود ڪوئلي ورڇ

بنيادي طور تي، فليٽ نيلم سبسٽريٽ آپٽيڪل قيد کي ختم ڪرڻ ۾ ٿوري مدد فراهم ڪن ٿا.

3. نموني وارا نيلم سبسٽريٽ: تصور ۽ ساختي ڊيزائن

هڪ نموني وارو نيلم سبسٽريٽ (PSS) نيلم جي مٿاڇري تي فوٽو ليٿوگرافي ۽ ايچنگ ٽيڪنڪ استعمال ڪندي دوراني يا نيم-مدت مائڪرو- يا نانو اسڪيل ڍانچي کي متعارف ڪرائڻ سان ٺاهيو ويندو آهي.

عام پي ايس ايس جاميٽري ۾ شامل آهن:

• مخروطي جوڙجڪ

• اڌ گول گنبذ

• پرامڊل خاصيتون

• سلنڈر يا ڪٽيل مخروطي شڪلون

عام خصوصيتن جا طول و عرض ذيلي مائڪرو ميٽر کان وٺي ڪيترن ئي مائڪرو ميٽر تائين هوندا آهن، احتياط سان ڪنٽرول ٿيل اوچائي، پچ، ۽ ڊيوٽي چڪر سان.

4. پي ايس ايس ۾ روشني ڪڍڻ جي واڌ جا طريقا

4.1 ڪُل اندروني موٽ جو دٻاءُ

پي ايس ايس جي ٽي-dimensional ٽوپوگرافي مادي انٽرفيس تي واقعن جي مقامي زاوين کي تبديل ڪري ٿي. فوٽون جيڪي ٻي صورت ۾ فليٽ بائونڊري تي مڪمل اندروني عڪاسي جو تجربو ڪندا هئا انهن کي اسڪيپ ڪون اندر زاوين ۾ ريڊائريڪٽ ڪيو ويندو آهي، جنهن سان ڊوائيس مان نڪرڻ جي امڪان ۾ ڪافي اضافو ٿيندو آهي.

4.2 بهتر آپٽيڪل اسڪيٽرنگ ۽ رستو بي ترتيب ڪرڻ

پي ايس ايس جي جوڙجڪ ڪيترن ئي ريفريڪشن ۽ انعکاس جي واقعن کي متعارف ڪرائيندي آهي، جنهن جي نتيجي ۾:

• فوٽون جي تبليغ جي هدايتن جي بي ترتيب ڪرڻ

• روشني ڪڍڻ واري انٽرفيس سان وڌندڙ رابطي

• ڊوائيس اندر فوٽون جي رهائش جو وقت گهٽجي ويو

شمارياتي طور تي، اهي اثر جذب ٿيڻ کان اڳ فوٽوان ڪڍڻ جي امڪان کي وڌائين ٿا.

4.3 اثرائتي ريفريڪٽو انڊيڪس گريڊنگ

هڪ آپٽيڪل ماڊلنگ جي نقطي نظر کان، پي ايس ايس هڪ مؤثر ريفريڪٽو انڊيڪس ٽرانزيشن پرت طور ڪم ڪري ٿو. GaN کان هوا ۾ اوچتو ريفريڪٽو انڊيڪس تبديلي جي بدران، نموني وارو علائقو بتدريج ريفريڪٽو انڊيڪس تبديلي فراهم ڪري ٿو، ان ڪري فريسنل ريفريڪشن نقصان کي گهٽائي ٿو.

هي ميڪانيزم تصوراتي طور تي اينٽي ريفلڪشن ڪوٽنگن جي برابر آهي، جيتوڻيڪ اهو پتلي فلم جي مداخلت جي بدران جاميٽري آپٽڪس تي ڀاڙي ٿو.

4.4 آپٽيڪل جذب نقصانن جي اڻ سڌي گهٽتائي

فوٽون رستي جي ڊيگهه کي ننڍو ڪرڻ ۽ بار بار اندروني عڪاسي کي دٻائڻ سان، پي ايس ايس آپٽيڪل جذب جي امڪان کي گھٽائي ٿو:

• ڌاتو رابطا

• ڪرسٽل جي خرابي واريون حالتون

• GaN ۾ آزاد ڪيريئر جذب

اهي اثر اعليٰ ڪارڪردگي ۽ بهتر حرارتي ڪارڪردگي ٻنهي ۾ حصو وٺندا آهن.

5. اضافي فائدا: ڪرسٽل جي معيار ۾ بهتري

بصري واڌ کان علاوه، پي ايس ايس ليٽرل ايپيٽڪسيل اوور گروٿ (LEO) ميڪانيزم ذريعي ايپيٽڪسيل مواد جي معيار کي پڻ بهتر بڻائي ٿو:

• نيلم-گي اين انٽرفيس تي پيدا ٿيندڙ خلل کي ريڊائريڪٽ يا ختم ڪيو ويندو آهي.

• ٿريڊنگ جي خلل جي کثافت خاص طور تي گهٽجي وئي آهي.

• بهتر ڪرسٽل معيار ڊوائيس جي اعتبار ۽ آپريشنل زندگي کي وڌائي ٿو.

هي ٻٽي آپٽيڪل ۽ ساختي فائدو پي ايس ايس کي خالص آپٽيڪل مٿاڇري جي بناوت جي طريقن کان ڌار ڪري ٿو.

6. مقداري مقابلو: فليٽ نيلم بمقابله پي ايس ايس

حقيقي ڪارڪردگي حاصلات پيٽرن جي جاميٽري، اخراج جي طول موج، چپ آرڪيٽيڪچر، ۽ پيڪنگنگ حڪمت عملي تي منحصر آهن.

7. واپار ۽ انجنيئرنگ جا خيال

ان جي فائدن جي باوجود، پي ايس ايس ڪيترائي عملي چئلينج متعارف ڪرائي ٿو:

• اضافي لٿوگرافي ۽ نقاشي جا مرحلا ٺاھڻ جي قيمت وڌائين ٿا.

• پيٽرن جي هڪجهڙائي ۽ ايچ جي کوٽائي کي صحيح ڪنٽرول جي ضرورت آهي.

• خراب طور تي بهتر ڪيل نمونا ايپيٽڪسيل يونيفارم تي منفي اثر انداز ٿي سگهن ٿا.

تنهن ڪري، پي ايس ايس آپٽمائيزيشن فطري طور تي هڪ گھڻ-شعبي ڪم آهي جنهن ۾ آپٽيڪل سموليشن، ايپيٽيڪسيل گروٿ انجنيئرنگ، ۽ ڊوائيس ڊيزائن شامل آهن.

8. صنعت جو تناظر ۽ مستقبل جو امڪان

جديد ايل اي ڊي جي پيداوار ۾، پي ايس ايس کي هاڻي اختياري واڌارو نه سمجهيو ويندو آهي. وچولي ۽ اعليٰ طاقت واري ايل اي ڊي ايپليڪيشنن ۾ - جن ۾ عام روشني، آٽوميٽو لائٽنگ، ۽ ڊسپلي بيڪ لائيٽنگ شامل آهن - اهو هڪ بنيادي ٽيڪنالاجي بڻجي چڪو آهي.

مستقبل جي تحقيق ۽ ترقي جي رجحانن ۾ شامل آهن:

• ميني-ايل اي ڊي ۽ مائڪرو-ايل اي ڊي ايپليڪيشنن لاءِ تيار ڪيل ترقي يافته پي ايس ايس ڊيزائن

• هائبرڊ طريقا جيڪي پي ايس ايس کي فوٽونڪ ڪرسٽل يا نانو اسڪيل مٿاڇري جي بناوت سان گڏ ڪن ٿا

• خرچ گھٽائڻ ۽ اسڪيلبل پيٽرننگ ٽيڪنالاجيز جي طرف مسلسل ڪوششون

ٿڪل

پيٽرن ٿيل نيلم سبسٽريٽس ايل اي ڊي ڊوائيسز ۾ غير فعال ميڪيڪل سپورٽ کان فنڪشنل آپٽيڪل ۽ اسٽرڪچرل حصن ڏانهن بنيادي منتقلي جي نمائندگي ڪن ٿا. انهن جي روٽ تي روشني ڪڍڻ جي نقصانن کي حل ڪندي - يعني آپٽيڪل ڪنفينمينٽ ۽ انٽرفيس ريفلڪشن - پي ايس ايس اعلي ڪارڪردگي، بهتر اعتبار، ۽ وڌيڪ مسلسل ڊوائيس ڪارڪردگي کي قابل بڻائي ٿو.

ان جي ابتڙ، جڏهن ته فليٽ نيلم سبسٽريٽ پنهنجي پيداوار ۽ گهٽ قيمت جي ڪري پرڪشش رهن ٿا، انهن جي موروثي آپٽيڪل حدون ايندڙ نسل جي اعليٰ ڪارڪردگي واري ايل اي ڊي لاءِ انهن جي مناسبيت کي محدود ڪن ٿيون. جيئن ته ايل اي ڊي ٽيڪنالاجي ترقي ڪندي رهي ٿي، پي ايس ايس هڪ واضح مثال طور بيٺو آهي ته ڪيئن مواد انجنيئرنگ سڌو سنئون سسٽم-سطح جي ڪارڪردگي حاصلات ۾ ترجمو ڪري سگهي ٿي.