LED效率下降的微观根源

自从20世纪60年代被发明以来，发光二极管（或称LED）已经慢慢取代了白炽灯泡，从汽车尾灯到电子指示器等应用领域。 ?5<x$YI  
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避开白炽灯泡的灯丝和荧光灯泡的汞蒸汽，LED反而通过在半导体上施加电压来产生光。电子与空穴（空穴位于本应存在电子的晶体结构中的位置，使它们带正电荷）结合，导致发射光子 – 组成光的粒子。 fX{Xw0  
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大多数LED采用由氮化镓（GaN）材料制成的半导体。这些氮化镓发光二极管是可靠和安全的，但有一个缺点，即随着电压的升高而迅速变得效率低，这种现象称为“效率下降”。 P\{}yd  
“在美国，超过10％的电力用于商业和住宅领域的照明，转向广泛使用LED照明将导致巨大的能源节约，但效率下降是一个主要障碍，”Marco Bernardi说到。他是加州理工学院工程与应用科学系应用物理与材料科学助理教授，也是最近在Nano Letters杂志上的一篇关于效率下降的起因的通讯作者（“Ultrafast Hot Carrier Dynamics in GaN and its Impact on the Efficiency Droop”）。 sM6o(=>  
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当受激电子超过GaN中的纳米深度量子阱时，发生效率下降。这些阱被设计成将电子捕获并与空穴结合。当电子能量太高而不能被阱捕获时，它们从LED器件泄漏而不发射任何光。 s4vj  
Bernardi说到：“有人提出了几种模型来解释这种电子泄漏，但他们往往用直觉来证明实验证据合理的，他们往往把重点放在了定性分析上。” Kdr}7#c  
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利用加州理工学院的团队开发的新计算方法，该由Bernardi领导的团队在原子水平以及晶格振动层面上研究了GaN如何影响材料中的电子，晶格振动是固体中原子热运动的背景“嗡嗡声”。据了解，这种嗡嗡声从电子和空穴中消耗能量。然而，Bernardi发现空穴中嗡嗡声消耗能量的发生比电子的速度要快-这种失配使得电子能够超出量子阱，逃离GaN而没有与空穴结合并发光。 b:(t22m#?  
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Bernardi说到：“我们的工作首次表明，电子与晶格振动之间始终存在的相互作用本身就能解释为什么受激的电子会从活性层泄漏出去，造成GaN LED效率低下。 \W+Hzf] W#  
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Bernardi和他的同事们还没有完成对GaN效率下降的研究。接下来，他们计划研究该下降如何依赖于温度和其他材料属性。 P 9?I]a)G  
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原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=48706.php（labbang译）