Diody zabijáci

24. září 2010

Diody, které by emitovaly světlo v ultrafialové oblasti spektra, jsou velkým technologickým příslibem. U živých organismů neexistuje účinná obrana proti tomuto záření, a proto může být využito nejen k ničení bakterií, kvasinek, virů, hub a plísní, ale také k terapeutickým účelům.

Hlavním zdrojem ultrafialového záření jsou dosud rtuťové, xenonové a deuteriové výbojky. Jsou příliš velké, náročné na napájecí napětí a škodí životnímu prostředí. Japonci přišli v současné době s revolučním projektem výroby polovodičových světloemitujících diod (LED) na bázi aluminium nitridu. Tyto diody budou napájeny slunečními články a záření budou produkovat v ultrafialové oblasti.

V současné době jsou k dispozici diody, emitující světlo tří základních barev - červené, zelené a modré. Zatímco červené diody byly vyvinuty již dávno, zelené a modré se potýkaly s podobnými problémy jako diody emitující ultrafialové záření. Všechny jsou vyrobeny z polovodičových materiálů na bázi aluminium, indium, galium nitridů, které mají vhodné optické vlastnosti.

Řízení velikosti a typu vodivosti se provádí přidáváním příměsí typu křemíku a hořčíku. Indium nitrid absorbuje viditelné a ultrafialové záření a za normálních podmínek je dobrý vodič. Změna jeho elektrické vodivosti přidáváním příměsí je relativně snadná. Totéž platí pro galium nitrid, který absorbuje ultrafialové záření a pro viditelné záření je téměř průhledný.

Obecně platí, že vlnová délka světla emitovaného polovodičovou diodou je prakticky stejná s tou, kterou materiál absorbuje. Čím je ve sloučeninách typu aluminium, indium, galium nitridů vyšší obsah hliníku, tím se jejich emisní vlnová délka posunuje ke kratším vlnovým délkám do ultrafialové oblasti. Bohužel, se zvyšováním obsahu hliníku začínají problémy s dopováním materiálu vhodnými příměsemi.

Nejhorší je to v právě v případě aluminium nitridu, který je bez příměsí čistý izolátor. Změnit ho přidáváním příměsí na vodič představuje obrovské technologické problémy. Protože sloučenina se musí pěstovat při vysokých teplotách, uplatňují se teplotní vibrační efekty, které působí proti zabudovávání příměsí. Navíc materiály se pěstují na strukturně odlišných podložkách, jako je safír. To způsobuje řadu strukturních poruch. Defekty vznikají také v případě, že obsah příměsí je příliš velký a vzniká efekt samokompenzace.

Japoncům se podařilo podstatným vylepšením standardních technologických podmínek velkou část těchto problémů odstranit. Podařilo se jim vyrobit diody emitující záření o vlnové délce 210 nanometrů, což je nejkratší vlnová délka, které se u polovodičových diod doposud podařilo dosáhnout.

Tyto prvky ovšem potřebují další výzkum a vylepšení ve dvou hlavních oblastech. Jednak je třeba zvětšit jejich účinnost nejméně milionkrát a jednak je třeba snížit napájecí napětí hodně pod 25 V, které zatím Japonci použili.

První bod vyžaduje podstatné zvýšení krystalografické dokonalosti vrstev aluminium nitridu, druhý pak účinnější zabudovávání příměsí, aby se dosáhlo alespoň tisícinásobného zvýšení vodivosti při pokojové teplotě. Fyzici pevné fáze se ještě hodně zapotí, než budou ultrafialové LED stejně běžné, jako jsou dnes červené, zelené nebo modré.

autor: Jana Štrajblová
Spustit audio