ব্লগের বিস্তারিত

GaN-ভিত্তিক আলোক নির্গত ডায়োড (LED) তে, ইপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি এবং ডিভাইস ডিজাইনের ধারাবাহিক অগ্রগতি অভ্যন্তরীণ কোয়ান্টাম দক্ষতা (IQE) তার তাত্ত্বিক সীমার কাছাকাছি ঠেলে দিয়েছে। তবে,এলইডিগুলির সামগ্রিক আলোক দক্ষতা আলোর নিষ্কাশন দক্ষতা (এলইই) দ্বারা মূলত সীমাবদ্ধ থাকেযেহেতু সাফাইর গ্যাএন ইপিট্যাক্সির জন্য প্রভাবশালী সাবস্ট্র্যাট উপাদান হিসাবে রয়ে গেছে, তাই এর পৃষ্ঠের কাঠামো অপটিক্যাল ক্ষতি নির্ধারণে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।এই প্রবন্ধে ফ্ল্যাট এর মধ্যে একটি গভীর তুলনা প্রদান করেসাফিরের স্তরএবং প্যাটার্নযুক্ত সাফাইর সাবস্ট্রেট (পিএসএস), ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে পিএসএস সুপ্রতিষ্ঠিত অপটিক্যাল এবং স্ফটিকগত প্রক্রিয়াগুলির মাধ্যমে আলোর নিষ্কাশন দক্ষতা উন্নত করে,এবং কেন এটি উচ্চ কার্যকারিতা LED উত্পাদন একটি de facto মান হয়ে উঠেছে.

1. কেন হালকা নিষ্কাশন দক্ষতা LED কর্মক্ষমতা সীমাবদ্ধ

একটি এলইডের মোট বাহ্যিক কোয়ান্টাম দক্ষতা (ইকিউই) দুটি মূল কারণের পণ্য দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়ঃ

EQE=আইকিউই×LEE

আইকিউই ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি সক্রিয় অঞ্চলের ভিতরে ফোটন উত্পাদন করতে কতটা দক্ষতার সাথে পুনরায় একত্রিত হয় তা প্রতিফলিত করে, এলইই বর্ণনা করে যে এই ফোটনগুলি ডিভাইস থেকে কতটা কার্যকরভাবে পালিয়ে যায়।

গ্যান-ভিত্তিক এলইডিগুলিতে যাফির স্তরগুলিতে উত্থিত হয়, এলইই সাধারণত প্রচলিত ডিজাইনে 30~40% এর মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে। প্রধান কারণগুলির মধ্যে রয়েছেঃ

• GaN (n ≈ 2.4), সাফির (n ≈ 1.7) এবং বায়ু (n ≈ 1.0) এর মধ্যে গুরুতর বিচ্ছিন্নতা সূচক অসঙ্গতি

• সমতল ইন্টারফেসে মোট অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন (টিআইআর)

• এপিট্যাক্সিয়াল স্তর এবং সাবস্ট্র্যাটের মধ্যে ফোটন ফাঁদ

ফলস্বরূপ, উত্পন্ন ফোটনগুলির একটি বড় অংশ একাধিক প্রতিফলনের মধ্য দিয়ে যায় এবং অবশেষে উপকারী আলোর পরিবর্তে তাপ শোষিত বা রূপান্তরিত হয়।

2. ফ্ল্যাট সাফাইর সাবস্ট্র্যাটঃ কাঠামোগত সরলতা, অপটিক্যাল সীমাবদ্ধতা

2.১ কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য

ফ্ল্যাট সাফির সাবস্ট্র্যাটগুলির একটি মসৃণ, সমতল পৃষ্ঠ রয়েছে, সাধারণত একটি সি-প্লেন (0001) ওরিয়েন্টেশন রয়েছে। তারা ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে কারণঃ

• উচ্চ স্ফটিক গুণমান

• চমৎকার তাপীয় এবং রাসায়নিক স্থিতিশীলতা

• পরিপক্ক, ব্যয়-কার্যকর উত্পাদন প্রক্রিয়া

2.২ অপটিক্যাল আচরণ

অপটিক্যাল দৃষ্টিকোণ থেকে, সমতল ইন্টারফেসগুলি পূর্বাভাসযোগ্য এবং অত্যন্ত দিকনির্দেশক ফোটন প্রসারণ পথ প্রবর্তন করে।যখন GaN সক্রিয় অঞ্চলে উত্পন্ন ফোটনগুলি সমালোচনামূলক কোণ অতিক্রমকারী কোণে GaN ণ বায়ু বা GaN ণ সাপফায়ার ইন্টারফেসে পৌঁছায়, সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন ঘটে।

এর পরিণতি হল:

• ডিভাইসের ভিতরে ফোটন সীমাবদ্ধতা

• ইলেক্ট্রোড এবং ত্রুটি দ্বারা শোষণ বৃদ্ধি

• নির্গত আলোর সীমাবদ্ধ কোণীয় বন্টন

মূলত, সমতল সাফাইর স্তরগুলি অপটিক্যাল সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে উঠতে সামান্য সহায়তা প্রদান করে।

3প্যাটার্নযুক্ত সাফাইর সাবস্ট্র্যাট (পিএসএস): ধারণা এবং কাঠামো

একটি প্যাটার্নযুক্ত সাফায়ার সাবস্ট্র্যাট (পিএসএস) ফটোলিথোগ্রাফি এবং ইটচিং প্রক্রিয়াগুলির মাধ্যমে সাফায়ারের পৃষ্ঠের উপর পর্যায়ক্রমিক বা প্রায়-পরিয়ায়ক্রমিক মাইক্রো বা ন্যানো-স্কেল কাঠামো প্রবর্তন করে তৈরি করা হয়।

সাধারণ পিএসএস জ্যামিতিগুলির মধ্যে রয়েছেঃ

• শঙ্কুযুক্ত কাঠামো

• গোলার্ধীয় গম্বুজ

• পিরামিড

• সিলিন্ড্রিক বা টুকরো টুকরো শঙ্কু

সাধারণ বৈশিষ্ট্যগুলির আকারগুলি সাব-মাইক্রন থেকে কয়েক মাইক্রোমিটার পর্যন্ত, সাবধানে নিয়ন্ত্রিত উচ্চতা, পিচ এবং ডিউটি চক্র সহ।

4কিভাবে পিএসএস আলোর নিষ্কাশন দক্ষতা উন্নত করে

4.১ সামগ্রিক অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন দমন

পিএসএসের ত্রিমাত্রিক টপোলজি ইন্টারফেসে স্থানীয় ঘটনার কোণ পরিবর্তন করে।ফোটন যা অন্যথায় একটি সমতল সীমানা একটি সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন অধীনে আউটপুট শঙ্কু মধ্যে কোণে পুনঃনির্দেশিত হয়.

এটি ডিভাইস থেকে ফোটন বের হওয়ার সম্ভাবনা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে।

4.২ উন্নত অপটিক্যাল ছড়িয়ে পড়া এবং পথ র্যান্ডমাইজেশন

পিএসএস কাঠামো একাধিক প্রতিফলন এবং প্রতিফলন ইভেন্ট প্রবর্তন করে, যার ফলেঃ

• ফোটনের গতিপথের দিকনির্দেশক র্যান্ডমাইজেশন

• এস্কেপ ইন্টারফেসের সাথে আরও বেশি মিথস্ক্রিয়া

• ডিভাইসের ভিতরে ফোটনের বাসস্থানের সময় হ্রাস

পরিসংখ্যানগতভাবে, এটি শোষণের আগে ফোটন নিষ্কাশনের সম্ভাবনা উন্নত করে।

4.3 কার্যকর প্রতিচ্ছবি সূচক শ্রেণীবিভাগ

একটি অপটিক্যাল মডেলিং দৃষ্টিকোণ থেকে, পিএসএস একটি কার্যকর বিচ্ছিন্নতা সূচক রূপান্তর স্তর হিসাবে আচরণ করে।প্যাটার্নযুক্ত অঞ্চল একটি ধীরে ধীরে বিচ্ছিন্নতা সূচক পরিবর্তন সৃষ্টি করে, ফ্রেনেলের প্রতিফলন ক্ষতি হ্রাস করে।

এই প্রক্রিয়াটি ধারণাগতভাবে অ্যান্টি-রিফ্লেক্টিভ লেপগুলির অনুরূপ তবে পাতলা ফিল্মের হস্তক্ষেপের পরিবর্তে জ্যামিতিক অপটিক্সের মাধ্যমে কাজ করে।

4.4 অপটিক্যাল অ্যাবসর্পশন ক্ষতির পরোক্ষ হ্রাস

ফোটন পথের দৈর্ঘ্য সংক্ষিপ্ত করে এবং পুনরাবৃত্তি প্রতিফলন হ্রাস করে, পিএসএস দ্বারা শোষণের সম্ভাবনা হ্রাস করেঃ

• ধাতব যোগাযোগ

• ত্রুটির অবস্থা

• GaN-এ মুক্ত ক্যারিয়ার শোষণ

এটি উচ্চতর দক্ষতা এবং উন্নত তাপ আচরণ উভয়ই অবদান রাখে।

5অতিরিক্ত সুবিধাঃ ক্রিস্টালের গুণমানের উন্নতি

অপটিক্সের বাইরে, পিএসএস পার্শ্বীয় ইপিট্যাক্সিয়াল ওভারগ্রোথ (এলইও) প্রক্রিয়াগুলির মাধ্যমে ইপিট্যাক্সিয়াল মানেরও উন্নতি করেঃ

• সাফায়ার √ গান ইন্টারফেসে উৎপন্ন dislocations পুনঃনির্দেশিত বা শেষ হয়

• থ্রেডিং dislocation ঘনত্ব হ্রাস করা হয়

• উন্নত উপাদান গুণমান ডিভাইস নির্ভরযোগ্যতা এবং জীবনকাল বৃদ্ধি

এই দ্বৈত উপকারিতা অপটিক্যাল এবং কাঠামোগতভাবে পিএসএসকে খাঁটি অপটিক্যাল পৃষ্ঠের চিকিত্সার থেকে আলাদা করে।

6. পরিমাণগত তুলনাঃ পিএসএস বনাম ফ্ল্যাট সাফাইর সাবস্ট্র্যাট

প্রকৃত পারফরম্যান্স লাভ প্যাটার্ন জ্যামিতি, তরঙ্গদৈর্ঘ্য, চিপ ডিজাইন এবং প্যাকেজিং উপর নির্ভর করে।

7বাণিজ্য এবং ইঞ্জিনিয়ারিং বিবেচনার

পিএসএস এর সুবিধাগুলো সত্ত্বেও, এটি ব্যবহারিক চ্যালেঞ্জ নিয়ে আসেঃ

• অতিরিক্ত লিথোগ্রাফি এবং খোদাইয়ের ধাপগুলি ব্যয় বৃদ্ধি করে

• প্যাটার্ন অভিন্নতা এবং খোদাই গভীরতা কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত করা আবশ্যক

• অপ্টিমাম প্যাটার্ন ডিজাইন নেতিবাচকভাবে epitaxial অভিন্নতা প্রভাবিত করতে পারে

অতএব, পিএসএস অপ্টিমাইজেশন একটি বহুবিষয়ক কাজ যা অপটিক্যাল মডেলিং, এপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি এবং ডিভাইস ইঞ্জিনিয়ারিং জড়িত।

8. শিল্পের দৃষ্টিভঙ্গি এবং ভবিষ্যতের প্রত্যাশা

আজ, পিএসএসকে আর একটি ঐচ্ছিক বর্ধিতকরণ হিসাবে বিবেচনা করা হয় না। সাধারণ আলো, অটোমোবাইল আলো সহ মাঝারি এবং উচ্চ-ক্ষমতাযুক্ত এলইডি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতেএবং ডিসপ্লে ব্যাকলাইটিং এটি একটি বেসলাইন প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে.

ভবিষ্যতের দিকে তাকিয়ে:

• মিনি এলইডি এবং মাইক্রো এলইডি-র জন্য উন্নত পিএসএস ডিজাইন অনুসন্ধান করা হচ্ছে

• ফোটনিক ক্রিস্টাল বা ন্যানো-টেক্সচারিংয়ের সাথে পিএসএসকে একত্রিত করে হাইব্রিড পদ্ধতির তদন্ত চলছে

• ব্যয় হ্রাস এবং প্যাটার্ন স্কেলযোগ্যতা শিল্পের মূল লক্ষ্য হিসাবে রয়ে গেছে

সিদ্ধান্ত

প্যাটার্নযুক্ত সাফায়ার সাবস্ট্র্যাটগুলি LED ডিভাইসে প্যাসিভ সমর্থন উপকরণ থেকে কার্যকরী অপটিক্যাল এবং কাঠামোগত উপাদানগুলিতে মৌলিক স্থানান্তরকে উপস্থাপন করে।আলোর নিষ্কাশন ক্ষতির সমাধান করে তাদের রুট √ অপটিক্যাল সীমাবদ্ধতা এবং ইন্টারফেস প্রতিফলন √ পিএসএস উচ্চতর দক্ষতা সক্ষম করে, উন্নত নির্ভরযোগ্যতা এবং আরও ভাল পারফরম্যান্স ধারাবাহিকতা।

এর বিপরীতে, ফ্ল্যাট সাফির সাবস্ট্র্যাটগুলি, যদিও উত্পাদনযোগ্য এবং অর্থনৈতিক, তাদের পরবর্তী প্রজন্মের উচ্চ-কার্যকারিতা LED সমর্থন করার ক্ষমতা স্বভাবতই সীমাবদ্ধ।এলইডি প্রযুক্তির বিকাশ অব্যাহত রয়েছে, পিএসএস কিভাবে উপাদান প্রকৌশল সরাসরি সিস্টেম-স্তরের পারফরম্যান্স বৃদ্ধিতে অনুবাদ করে তার একটি স্পষ্ট উদাহরণ।