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东京大学利用溅射法实现在玻璃基板上造LE略

2020年10月18日 栏目:养生

东京大学利用溅射法实现在玻璃基板上造LED东京大学生产技术研究所教授藤冈洋的并称奥巴马领导下的美国变得“消极被动”。研究室开发出了利用溅
东京大学利用溅射法实现在玻璃基板上造LED

  东京大学生产技术研究所教授藤冈洋的并称奥巴马领导下的美国变得“消极被动”。研究室开发出了利用溅射法在玻璃基板上构成氮化镓(GaN)结晶构成LED的技术。

  该技术使基板及结晶生长的本钱大幅着落,有望增进LED实现低价格化。另外还存在低成本实现大面积LED的可能性,因此还有望实现大屏幕高精细LED显示器,和可取代以面发光为特点的有机EL照明的大面积LED照明。  还试制了RGB发光元件  藤冈等在约5cm见方的玻璃基板上转印了石墨烯多层膜。然后在石墨烯多层膜上用脉冲溅射法(PSD)构成了AlN、n型GaN、由GaN与InGaN的多层构造构成的量子阱(MQWs),和p型GaN各层(图1(a))。据称已确认通过光激起及电流注入都可作为LED发光。另外,此次还分别制作出了以红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三原色发光的LED。  制造效力超过MOCVD  用溅射法来构成包括量子阱等在内的高品质GaN结晶,这在之前是公认几近不可能的,但仍有很多研究机构及企业在尝试开发,不过“成功的只有我们,这在全球尚属首次”。  藤冈早在约10年前就已开始致力于该技术的开发。“虽然最初时GaN结晶品质较低,但品质及生产效力逐渐得到了提高。现在,生产效力要比LED制造中经常使用的MOCVD*要高,而且还可实现被称之为Layer By Layer的、以原子为单位的成膜”。  *MOCVD=有机金属化学气相沉积法。由于需要使用毒性强的有机金属原料及氨气(NH3)等,因此需要更多的本钱。  注1)“牺牲性能来提高制造效率没有任何意义,因此此次的LED是利用与MOCVD相同的数μm/h的成膜速度制作的”。  此次开发的技术“属于结晶生长条件及步骤等经验的范畴,溅射装置可利用已有的产品”。目前已利用该技术“试制出了LED和由GaN构成的高电子迁移率晶体管(HEMT)”。  可低成本取得石墨烯  另外,之所以要在玻璃上铺上石墨烯,是因为这样做可使氧化铝(AlN)及GaN的结晶品质得到大幅提高(图1(b、c))。

  藤冈于2008年开发了在石墨片材上使AlN结晶及GaN结晶生长的技术。石墨烯可以是只有一层原子的石墨片材,近3年来,已能够低成本制造数层且多结晶的石墨烯大面积片材了。此次使用的石墨烯据称就是市售产品。“石墨烯是二维的,因此即便是多结晶,c轴的朝向也是统一的,晶界状态也很好”。  在LED的发光性能方面,目前还没有可与已有产品比较的WPE(Wall Plug Efficiency,发光效力)等数据。不过,在对极低温条件下光激起产生的内部量子效力进行检测时,“结果比已有LED低数成。今后的课题是如何提高内部量子效率”。  还可在大面积玻璃上制造  如果发光性能没有大的问题,此次的技术便有可能动摇已有的LED技术,乃至液晶显示器及有机EL技术(图2)。

  首先,通过将基板改成玻璃,省去了LED的蓝宝石基板。玻璃基板的本钱只有蓝宝石基板的数十分之一。即便与使用比蓝宝石便宜的Si基板的“GaNon-Si”技术相比,也有望实现更低的本钱。而且,通过使用溅射法,结晶生长装置的本钱也比MOCVD法着落。另外,如果能够分别制造RGB发光元件,还可省去荧光体的本钱。不过,只凭借这些方面的改进,LED的制造本钱还降不到1/2。由于封装的本钱占到整体的6成。  对此,藤冈认为“LED封装本钱高是由于在小的LED芯片中流过大电流的散热对策上耗费了本钱。而溅射法也普遍用于在数m见方的玻璃上制造液晶显示屏,适于大面积的成膜。这样,在制造大面积LED时,封装本钱就可得到大幅着落”。这时候单位面积的制造本钱接近已有LED的1/10。  如果能够低成本制造大面积LED,在实现不用液晶的自发光LED显示屏时,门坎就会大为下降。而且与有机EL相比,还具有可靠性高的优势。  此次虽然使用的是玻璃基板,但“只要可转印石墨烯,并具有可承受约500℃处理温度的耐热性,基板可使用任何材质”。另外,如果利用超薄可曲折的玻璃基板等,还可制造具有柔性的大面积LED。

中华玻璃网(www.glass.cn)新闻编辑部

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