چرا ساخت ال‌ای‌دی آبی ۳۰ سال طول کشید؟
منتشرشده: · فناوری
حالا رنگ نور ال‌ای‌دی باید از بنفش به آبی می‌رسید. ناکامورا سراغ آلیاژ نیترید ایندیم گالیم یا InGaN رفت. در این آلیاژ، انرژی گاف با تغییر نسبت ایندیم و گالیم تنظیم می‌شود؛ ایندیم بیشتر یعنی طول‌موج بلندتر و نوری آبی‌تر.
حالا رنگ نور ال‌ای‌دی باید از بنفش به آبی می‌رسید. ناکامورا سراغ آلیاژ نیترید ایندیم گالیم یا InGaN رفت. در این آلیاژ، انرژی گاف با تغییر نسبت ایندیم و گالیم تنظیم می‌شود؛ ایندیم بیشتر یعنی طول‌موج بلندتر و نوری آبی‌تر.
استفاده از ایندیم مشکل تازه‌ای به وجود آورد، چون پیوندش با نیتروژن در دمای بالا سست می‌شود. ناکامورا برای ساخت ال‌ای‌دی ناچار بود ابتدا لایه نازک نیترید ایندیم گالیم را رشد دهد و سپس لایه‌های دیگری را روی آن بنشاند، اما افزایش دما در مرحله بعد می‌توانست باعث ازدست‌رفتن ایندیم و آسیب‌دیدن لایه‌ی نورزا شود.
ناکامورا با دو راهکار از این مشکل عبور کرد. اول، مقدار ایندیم ورودی به دستگاه را به‌شدت بالا برد تا حتی اگر بخشی از آن هدر برود، سهم کافی در بلور بماند. دوم، لایه‌ای محافظ روی InGaN کشید تا ترکیبش هنگام گرم‌شدن دست‌نخورده بماند.
افزودن ایندیم، امکان تنظیم رنگ نور از بنفش به آبی را فراهم کرد
سال ۱۹۹۲، او و همکارش تاکاشی موکای لایه‌های نیترید ایندیم گالیم باکیفیتی ساختند که در دمای اتاق نور آبی و بنفشِ خوبی می‌دادند. این دستاورد اهمیت زیادی داشت، چون بسیاری از نیمه‌رساناها فقط در سرما خوب کار می‌کنند.
ناکامورا پس از رشد موفق آلیاژ، تلاش کرد آن را درون ساختار چندلایه ال‌ای‌دی قرار دهد. سپتامبر ۱۹۹۲، نخستین نمونه ال‌ای‌دی هتروساختار دوگانه را ساخت، اما طول موج نور خروجی هنوز کوتاه‌تر از محدوده مطلوب بود و رنگش بیشتر به بنفش می‌زد.
ناکامورا ماه‌ها ایندیم را بیشتر و ناحیه فعال را نازک‌تر کرد. تا اواخر همان سال به نوری رسید که حتی در روشنایی روز به‌خوبی دیده می‌شد. شدت نور ال‌ای‌دی‌های آبی قدیمی را با میلی‌کاندلا، یعنی یک‌هزارم کاندلا، می‌سنجیدند. نمونه تازه به حدود یک کاندلا رسیده بود و نزدیک به صد برابر روشن‌تر از ال‌ای‌دی‌های کاربید سیلیسیمی می‌درخشید.
۲۹ نوامبر ۱۹۹۳، نیچیا در کنفرانسی خبری در توکیو از ال‌ای‌دی آبی پرنورش رونمایی کرد و حاضران به‌سختی باورشان شد. معمایی که دهه‌ها پژوهشگران را سرگردان کرده بود، در شرکتی کوچک حل شده بود. سال بعد، ناکامورا و همکارانش ساختاری بهبودیافته معرفی کردند که شدت نورش از یک کاندلا فراتر می‌رفت و به‌ازای هر صد الکترون، حدود ۲٫۷ فوتون به بیرون می‌فرستاد.
نکته‌ی جالب اینکه بلورهای نیترید گالیم هنوز پر از نقص بودند. ناکامورا نشان داد برای رسیدن به نور کارآمد، همیشه به بلوری بی‌نقص نیاز نداریم؛ طراحی ساختار می‌تواند بخش بزرگی از عیب‌ها را جبران کند.
کپی لینک
از نور آبی تا نور سفید
با تولید ال‌ای‌دی آبی در کنار قرمز و سبز، امکان ترکیب سه رنگ اصلی نور و ساخت طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها فراهم شد؛ قابلیتی که نقش مهمی در توسعه نمایشگرهای تمام‌رنگ ایفا کرد. اما مهم‌ترین پیامد این اختراع در صنعت روشنایی شکل گرفت، جایی که استفاده از نور آبی راه تازه‌ای برای تولید نور سفید فراهم کرد.