僅三個原子厚的 LED ,開啟未來透明顯示器的新可能

LEDs(圖:Yellow Pages UAE)

2015 年,加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)電機工程及電腦科學學院的 Ali Javey 教授,於科學期刊(Science)發表了一篇論文,揭示了利用單層半導體(monolayer semiconductor)製成超薄 LEDs 的可能性。但當時的技術,若將單層半導體的尺寸擴大,其厚度也會同時增加,真正應用有限。

而日前,其團隊表示已成功製成能擴展長與寬同時而不影響厚度,且僅有三個原子厚的 LEDs 。新的研究結果已發表於《自然通訊》期刊( Nature Communications )上。

LEDs

當對 LEDs 施加電壓時,電子會達到激發態( excited state ),然後當其在接觸點與電洞相遇時,會衰變回到基態( ground state )同時將能量以光的形式釋放出來。這便是 LEDs 的運作方式。因此,在提升 LEDs 發光效率上最困難的問題在於,如何讓自由電子與電洞更有效率的接觸。尤其是當半導體的尺寸僅有單層厚時,其中可以運用的材料並不多,使得難度更加提高。

單層半導體

而研究人員以過渡金屬二硫屬化物( Transition-metal dichalcogenides ,簡稱 TMDCs )製成單層半導體,此種材料具有類似於石墨烯的半導體特性,被認為是下一代的重要光電材料。然後於半導體的上下放置閘極( Gate )及源極( Source )製成 LEDs ,當交流電在閘極與源極間接通時,自由電子與電洞會同時出現於在中間的單層半導體,進而使其將能量以光釋放出來。

此 LEDs 的構型。(圖:Ali Javey )

未來發展

目前此 LEDs 仍有許多地方需要持續改進,尤其其能源效率目前僅有 1 %,遠不及市售的的 25 ~ 30 %。但如同其研究團隊中的博士後研究員 Der-Hsien Lien  所說:「此材料相當的薄且具有彈性,因此可以製成透明且應用於彎曲表面上」。目前透明顯示器已成為科技界的新目標,此研究結果將會有相當大的影響。

此外,目前已有研究透過化學氣相沈積法( chemical vapor deposition )大量製成高品質的 TMDCs,因此有望藉由其特性解決目前積體電路面臨的物理極限問題。

 

參考資料:

  1. Israel, B. (2018, March 27). Atomically thin light emitting device opens the possibility for ‘invisible’ displays. Retrieved April 09, 2018. BERKELEY
  2. Lien, D., Amani, M., Desai, S. B., Ahn, G. H., Han, K., He, J., . . . Javey, A. (2018). Large-area and bright pulsed electroluminescence in monolayer semiconductors. Nature Communications, 9(1). doi:10.1038/s41467-018-03218-8
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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