Welchen Schein hast du denn?
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21.08.07
Forscher bei IBM Research im amerikanischen Yorktown Heights haben eine neue Methode entwickelt, wie sich Elektrizität mittels Nanodraht-basierter LEDs in Licht umwandeln lässt. Diese Leuchtdioden könnten eines Tages in Telekommunikationschips und Prozessoren verwendet werden, um die interne Datenübertragung optisch abzuwickeln und damit deutlich zu beschleunigen. Möglicherweise lässt sich die Technologie aber auch zum Bau neuartiger Displays mit hoher Effizienz und Helligkeit verwenden.
Die Forscher bauten ihre Demonstrations-LED ähnlich wie einen Transistor auf – aus einem Indium-Nitrid-Nanodraht, der sich zwischen zwei Elektroden auf einem Silizium-Substrat spannt. Er ist rund 100 Nanometer breit und überbrückt eine Distanz, die kleiner als 10 Mikrometer ist. Legen die Forscher einen Strom an den Nanodraht an, gibt er Licht ab. Im Gegensatz zu früheren Nano-LED-Ansätzen ist diese Methode effizienter und lässt sich mit höherer Leistung betreiben. Noch wesentlich interessanter ist aber eine weitere Eigenschaft: Die Komponente kann auch infrarotes Licht abgeben, was für Nanodrähte normalerweise nur schwer umzusätzen ist, erläutert der beteiligte IBM-Forscher Phaedon Avouris.
Typischerweise wird Licht bei LEDs durch das Einbringen von zusätzlichen Elektronen und positiv geladenen Fehlstellen (Löcher) in ein aktives Material erzeugt. Dort "rekombinieren" beide Elektrizitätsbestandteile und geben dann Licht ab. Bei der Nanodraht-LED müssen die Forscher nur noch Elektronen anliefern, die dann wiederum "von selbst" Elektronen und Löcher im Nanodraht hervorrufen. Dieser Mechanismus ist deshalb so effizient, weil es ausreicht, ein einzelnes Elektron zur Erzeugung von mehr als einem Elektronen-Loch-Paar zu nutzen. So ergibt sich außerdem intensiveres Licht als bei anderen LED-Typen.
Die geringe Baugröße der Nanodrähte und ihre Kompatibilität zu Silizium-Material machten sie attraktiv für den direkten Einbau in Chips, sagt Eugene Fitzgerald, Professor für Material- und Ingenieurwissenschaften am MIT. Da die IBM-Nanodrähte infrarotes Licht abgeben könnten, seien sie außerdem ideal für Glasfaser-Netze und die optische Kommunikation zwischen einzelnen Mikrochip-Bauteilen geeignet. So ließen sich Rechner deutlich beschleunigen.
Die Nanodraht-LEDs erweiterten außerdem den Farbbereich, der sich aus Nitrid-basierten Materialien abgeben lässt, meint Fitzgerald. Diese bilden die Basis der blauen Laser in HD-DVD-Playern und können außerdem grünes Licht abgeben. Wenn sich solche Materialien nun auch auf rotes Licht abstimmen lassen, könnten rote, grüne und blaue Nanodraht-LEDs aus Varianten des gleichen Materials hergestellt werden, also ebenfalls auf dem gleichen Substrat. Im Endergebnis ergäbe dies ein Vollfarbdisplay, das heller, effizienter und mit mehr Kontrast abzulesen wäre als heutige LC-Flachbildschirme.
Neben der Möglichkeit zur Abgabe infraroten Lichts besitzen die Nanodraht-LEDs noch eine andere ungewöhnliche Eigenschaft: Ihr Licht wird mit zunehmender Temperatur intensiver. Normalerweise sorgen hohe Temperaturen für ein Ende der Lichtabgabe – zumindest aber für eine Reduktion. Mit der IBM-Technologie ließen sich nun aber auch LEDs bauen, die Hochtemperaturumgebungen aushalten, eine Eigenschaft, die sich für Militäranwendungen nutzen ließe, meint IBM-Forscher Avouris.
Die neu entdeckten physikalischen Mechanismen, die hinter der Fähigkeit der Indium-Nitrid-Nanodrähte stecken Licht abzugeben, könnten weitergehende Auswirkungen auf die gesamte Forschung haben. Sollte der Ansatz auch bei anderen Materialien funktionieren, könnte sich die Zahl möglicher Ausgangsstoffe für LEDs erhöhen, meint Fitzgerald. LEDs würden so billiger und gäben Forschern eine bislang ungekannte Vielfalt an die Hand, um bessere Elektronikkomponenten zu bauen.
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