利用垂直石墨烯納米片的特殊結(jié)構(gòu),促進(jìn)紫外LED器件散熱的新方法

成果簡(jiǎn)介

以氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料,因其優(yōu)異的性能在LED(Light Emitting Diode)發(fā)光二極管等光電器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在目前市場(chǎng)上,大部分LED器件是在藍(lán)寶石襯底上外延獲得的。由于藍(lán)寶石襯底的熱導(dǎo)率低,導(dǎo)致LED器件在使用過(guò)程存在嚴(yán)重的散熱問(wèn)題。熱量的產(chǎn)生會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題,包括器件能耗增加、效率降低、使用壽命縮短等。尤其對(duì)大功率LED器件,高的工作電流使得散熱問(wèn)題尤為突出,因此如何有效促進(jìn)LED器件散熱是未來(lái)LED照明的考慮的一個(gè)重點(diǎn)。

北京大學(xué)的劉忠范教授和高鵬助理教授、韓國(guó)蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究所的Feng Ding以及中科院半導(dǎo)體研究所的魏同波研究員(通訊作者)等人聯(lián)合在《Adv. Funct. Mater》期刊發(fā)表名為“Direct Growth of Nanopatterned Graphene on Sapphire and Its Application in Light Emitting Diodes”的論文,研究報(bào)道了一種通過(guò)在納米圖形化藍(lán)寶石基底(NPSS)的c-面上選擇性生長(zhǎng)石墨烯,來(lái)制備納米圖案化石墨烯的新思路,并且展示了其在外延生長(zhǎng)氮化鋁(AlN)薄膜中的應(yīng)用。在隨后的紫外發(fā)光二極管(UV-LED)應(yīng)用中,作者發(fā)現(xiàn)圖案化的石墨烯可以實(shí)現(xiàn)AlN的選擇性成核,從而保障了成核取向的一致性,并促進(jìn)AlN的快速橫向外延生長(zhǎng)(ELOG),從而得到低位錯(cuò)密度的單晶AlN薄膜。在圖形化石墨烯/NPSS基底上所制造出的UV-LED表現(xiàn)出了良好的發(fā)光性能和可優(yōu)異的可靠性。該方法適用于通過(guò)基板設(shè)計(jì)獲得各種圖案化的石墨烯,這將在石墨烯的前沿應(yīng)用中取得更大的進(jìn)步。

 

圖文導(dǎo)讀

北大《Adv. Funct. Mater》:直接制備圖案化石墨烯納米片,用于發(fā)光二極管
圖1、NPSS c平面上石墨烯的選擇性生長(zhǎng)
北大《Adv. Funct. Mater》:直接制備圖案化石墨烯納米片,用于發(fā)光二極管
圖2、NPSS c平面上生長(zhǎng)的圖案化石墨烯的表征。
北大《Adv. Funct. Mater》:直接制備圖案化石墨烯納米片,用于發(fā)光二極管
圖3、石墨烯在NPSS c平面上選擇性生長(zhǎng)的DFT計(jì)算
北大《Adv. Funct. Mater》:直接制備圖案化石墨烯納米片,用于發(fā)光二極管
圖4、通過(guò)調(diào)節(jié)碳前驅(qū)物和系統(tǒng)壓力,可在NPSS上控制石墨烯的生長(zhǎng)

小結(jié)

總之,通過(guò)利用NPSS的物理設(shè)計(jì)和化學(xué)性質(zhì)成功地實(shí)現(xiàn)了圖案化石墨烯的直接生長(zhǎng),并展示了它們?cè)贏lN薄膜外延與LED構(gòu)筑中的關(guān)鍵應(yīng)用。這項(xiàng)工作可以激勵(lì)并提供進(jìn)一步的進(jìn)展,例如可在電子設(shè)備應(yīng)用的介電基板上控制各種圖案化的石墨烯的生長(zhǎng),從而滿足石墨烯的前沿應(yīng)用。

北大《Adv. Funct. Mater》:直接制備圖案化石墨烯納米片,用于發(fā)光二極管

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