په GaN-based light-emitting diodes (LEDs) کې، د اپیټیکسیل ودې تخنیکونو او د وسایلو جوړښت کې دوامداره پرمختګ داخلي کوانټم موثریت (IQE) په زیاتیدونکي توګه د هغې تیوریکي اعظمي حد ته نږدې کړی دی. د دې پرمختګونو سره سره، د LEDs ټولیز روښانه فعالیت په بنسټیز ډول د رڼا استخراج موثریت (LEE) لخوا محدود پاتې دی. لکه څنګه چې نیلم د GaN ایپیټیکسي لپاره د سبسټریټ موادو په توګه دوام لري، د هغې سطحي مورفولوژي د وسیلې دننه د نظري زیانونو اداره کولو کې پریکړه کونکی رول لوبوي.

دا مقاله د فلیټ نیلم سبسټریټ او نمونې شوي ترمنځ جامع پرتله کول وړاندې کويد نیلم سبسټریټس (PSS)دا د نظري او کرسټالوګرافیک میکانیزمونو روښانه کوي چې له لارې یې PSS د رڼا استخراج موثریت لوړوي او تشریح کوي چې ولې PSS د لوړ فعالیت LED تولید کې یو ریښتینی معیار ګرځیدلی.

۱. د رڼا استخراج موثریت د بنسټیز خنډ په توګه

د LED بهرنۍ کوانټم موثریت (EQE) د دوو لومړنیو فکتورونو د محصول له مخې ټاکل کیږي:

$EQE=IQE\times LEE\backslash متن\{EQE\}\; =\; \backslash متن\{IQE\}\; \backslash وختونه\; \backslash متن\{LEE\}$

EQE=IQE×LEE

پداسې حال کې چې IQE د فعالې سیمې دننه د وړانګو بیا ترکیب موثریت اندازه کوي، LEE د تولید شوي فوټونونو هغه برخه تشریح کوي چې په بریالیتوب سره له وسیلې څخه تښتي.

د GaN پر بنسټ LEDs لپاره چې په نیلم سبسټریټ کې کرل کیږي، په دودیزو ډیزاینونو کې LEE معمولا شاوخوا 30-40٪ پورې محدود وي. دا محدودیت په عمده توګه له دې څخه رامینځته کیږي:

• د GaN (n ≈ 2.4)، نیلم (n ≈ 1.7)، او هوا (n ≈ 1.0) ترمنځ د انعکاسي شاخص شدید نا مطابقت

• په پلانر انٹرفیسونو کې قوي بشپړ داخلي انعکاس (TIR)

• د اپیټیکسیل طبقو او سبسټریټ دننه د فوټون بندیدل

په پایله کې، د تولید شویو فوټونونو یوه د پام وړ برخه د څو داخلي انعکاسونو څخه تیریږي او په نهایت کې د موادو لخوا جذب کیږي یا د ګټورې رڼا تولید کې د مرستې پرځای په تودوخې بدلیږي.

۲. د فلیټ نیلم فرعي برخې: د نظري محدودیتونو سره ساختماني سادگي

۲.۱ ساختماني ځانګړتیاوې

فلیټ نیلم سبسټریټونه معمولا د c-plane (0001) سمت کاروي چې یو نرم، پلنر سطح لري. دوی په پراخه کچه د دې له امله منل شوي دي:

• لوړ کرسټالین کیفیت

• غوره حرارتي او کیمیاوي ثبات

• د پخې او ارزانه تولید پروسې

۲.۲ نظري چلند

د نظري نقطه نظر څخه، د پلانر انٹرفیسونه خورا لارښود او د وړاندوینې وړ فوټون د تکثیر لارې ته لار هواروي. کله چې د GaN فعالې سیمې کې رامینځته شوي فوټونونه د GaN-هوا یا GaN-نیلم انٹرفیس ته د پیښې زاویو کې د مهم زاویې څخه ډیر ورسیږي، بشپړ داخلي انعکاس واقع کیږي.

دا په پایله کې راځي:

• د وسیلې دننه قوي فوټون محدودیت

• د فلزي الکترودونو او نیمګړتیاوو له لارې د جذب زیاتوالی

• د خپرې شوې رڼا محدود زاویوي ویش

په اصل کې، فلیټ نیلم سبسټریټ د نظري بندښت په لرې کولو کې لږ مرسته وړاندې کوي.

۳. د نیلم رنګه سبسټریټونه: مفهوم او ساختماني ډیزاین

د نمونې لرونکي نیلم سبسټریټ (PSS) د نیلم سطحې ته د فوتولیتوګرافي او ایچنګ تخنیکونو په کارولو سره د دوراني یا نیمه دوراني مایکرو یا نانو پیمانه جوړښتونو معرفي کولو سره رامینځته کیږي.

د PSS عامې جیومیټري شاملې دي:

• مخروطي جوړښتونه

• نیمه کره ګنبدونه

• د هرم ځانګړتیاوې

• سلنډر یا لنډ شوي مخروطي شکلونه

د ځانګړتیاوو معمولي ابعاد د فرعي مایکرومیټر څخه تر څو مایکرومیټرونو پورې دي، چې په احتیاط سره کنټرول شوي لوړوالی، پیچ، او د دندې دوره لري.

۴. په PSS کې د رڼا استخراج د ښه والي میکانیزمونه

۴.۱ د بشپړ داخلي انعکاس مخنیوی

د PSS درې بعدي توپوګرافي د موادو په انٹرفیسونو کې د پیښې سیمه ایز زاویې بدلوي. هغه فوټونونه چې په بل ډول به په فلیټ سرحد کې بشپړ داخلي انعکاس تجربه کړي د فرار مخروط دننه زاویو ته لیږدول کیږي، چې د وسیلې څخه د وتلو احتمال یې د پام وړ زیاتوي.

۴.۲ د نظري خپراوي او لارې تصادفي کولو ته وده ورکول

د PSS جوړښتونه د انعکاس او انعکاس ډیری پیښې معرفي کوي، چې پایله یې دا ده:

• د فوټون د تکثیر لارښوونو تصادفي کول

• د رڼا استخراج انٹرفیسونو سره د تعامل زیاتوالی

• د وسیلې دننه د فوټون د استوګنې وخت کم شوی

په احصایوي ډول، دا اغیزې د جذب کیدو دمخه د فوټون استخراج احتمال زیاتوي.

۴.۳ د اغیزمن انعکاسي شاخص درجه بندي

د نظري ماډلینګ له نظره، PSS د اغیزمن انعکاسي شاخص لیږد طبقې په توګه کار کوي. د GaN څخه هوا ته د ناڅاپي انعکاسي شاخص بدلون پرځای، نمونه شوې سیمه د تدریجي انعکاسي شاخص بدلون چمتو کوي، په دې توګه د فریسنل انعکاس ضایعات کموي.

دا میکانیزم په مفهومي ډول د انعکاس ضد پوښونو سره ورته دی، که څه هم دا د پتلي فلم مداخلې پرځای په جیومیټریک آپټیکس تکیه کوي.

۴.۴ د نظري جذب ضایعاتو غیر مستقیم کمښت

د فوټون لارې اوږدوالی لنډولو او د تکرار داخلي انعکاسونو په مخنیوي سره، PSS د نظري جذب احتمال د لاندې له مخې کموي:

• د فلزي اړیکو

• د کرسټال نیمګړتیاوې

• په GaN کې د آزاد وړونکي جذب

دا اغیزې د لوړ موثریت او ښه حرارتي فعالیت دواړو کې مرسته کوي.

۵. اضافي ګټې: د کرسټال کیفیت ښه والی

د نظري ودې هاخوا، PSS د لیټرل ایپیټیکسیل اوورګروتھ (LEO) میکانیزمونو له لارې د ایپیټیکسیل موادو کیفیت هم ښه کوي:

• هغه بې ځایه کیدنې چې د نیلم-GaN انٹرفیس څخه سرچینه اخلي بیرته لیږدول کیږي یا پای ته رسیږي

• د تار کولو بې ځایه کیدو کثافت د پام وړ کم شوی دی

• د کرسټال ښه کیفیت د وسیلې اعتبار او د عملیاتي ژوند موده لوړوي

دا دوه ګونی نظری او جوړښتي ګټه PSS د خالص نظری سطحې جوړښت طریقو څخه توپیر کوي.

۶. کمیتي پرتله کول: فلیټ نیلم د PSS په مقابل کې

د فعالیت حقیقي لاسته راوړنې د نمونې جیومیټري، د اخراج طول موج، د چپ جوړښت، او د بسته بندۍ ستراتیژۍ پورې اړه لري.

۷. د سوداګرۍ او انجینرۍ ملاحظات

سره له دې چې ګټې یې دي، PSS څو عملي ننګونې معرفي کوي:

• د لیتوګرافۍ او ایچنګ اضافي مرحلې د جوړولو لګښت زیاتوي

• د نمونې یووالي او د نقاشۍ ژوروالی دقیق کنټرول ته اړتیا لري

• په کمزوري ډول غوره شوي نمونې ممکن د اپیټیکسیل یونیفورمیت باندې منفي اغیزه وکړي.

له همدې امله، د PSS اصلاح کول په طبیعي ډول یو څو اړخیزه دنده ده چې د نظري سمولیشن، د اپیټیکسیل ودې انجینرۍ، او د وسیلې ډیزاین پکې شامل دي.

۸. د صنعت لیدلوری او راتلونکی لید

په عصري LED تولید کې، PSS نور د اختیاري ودې په توګه نه ګڼل کیږي. په منځني او لوړ ځواک LED غوښتنلیکونو کې - په شمول د عمومي روښانتیا، د موټرو رڼا، او د ښودنې بیک لایټینګ - دا یو بنسټیز ټیکنالوژي ګرځیدلې ده.

د راتلونکي څیړنې او پراختیا رجحانات پدې کې شامل دي:

• د مینی-ایل ای ډي او مایکرو-ایل ای ډي غوښتنلیکونو لپاره جوړ شوي پرمختللي PSS ډیزاینونه

• د هایبرډ طریقې چې PSS د فوټونیک کرسټالونو یا نانو پیمانه سطحې جوړښت سره یوځای کوي

• د لګښت کمولو او د اندازې وړ نمونې کولو ټیکنالوژیو په لور دوامداره هڅې

پایله

د نمونې لرونکي نیلم سبسټریټونه په LED وسیلو کې د غیر فعال میخانیکي ملاتړ څخه فعال نظري او ساختماني برخو ته د بنسټیز لیږد استازیتوب کوي. د دوی په ریښه کې د رڼا استخراج زیانونو ته د رسیدو سره - د بیلګې په توګه نظري محدودیت او د انٹرفیس انعکاس - PSS لوړ موثریت، ښه اعتبار، او د وسیلې ډیر دوامداره فعالیت فعالوي.

برعکس، پداسې حال کې چې فلیټ نیلم سبسټریټونه د دوی د تولید وړتیا او ټیټ لګښت له امله زړه راښکونکي پاتې کیږي، د دوی ذاتي نظري محدودیتونه د راتلونکي نسل لوړ موثریت LEDs لپاره د دوی مناسبیت محدودوي. لکه څنګه چې د LED ټیکنالوژي وده ته دوام ورکوي، PSS د دې روښانه مثال په توګه ولاړ دی چې څنګه د موادو انجینرۍ کولی شي په مستقیم ډول د سیسټم کچې فعالیت لاسته راوړنو ته ژباړل شي.