GaN ئاساسلىق نۇر چىقىرىش دىئودلىرى (LED) دا، ئېپىتاكسىيەلىك ئۆسۈش تېخنىكىسى ۋە ئۈسكۈنە قۇرۇلمىسىدىكى ئۈزلۈكسىز ئىلگىرىلەشلەر ئىچكى كۋانت ئۈنۈمىنى (IQE) نەزەرىيەۋى ئەڭ يۇقىرى چەككە يېقىنلاشتۇردى. بۇ ئىلگىرىلەشلەرگە قارىماي، LED نىڭ ئومۇمىي يورۇقلۇق ئىقتىدارى يەنىلا نۇر چىقىرىش ئۈنۈمى (LEE) بىلەن ئاساسەن چەكلىنىدۇ. ياقۇت GaN ئېپىتاكسىيەسى ئۈچۈن ئاساسلىق ئاساس ماتېرىيال بولۇپ قالغاچقا، ئۇنىڭ يۈزەكى شەكلى ئۈسكۈنە ئىچىدىكى ئوپتىكىلىق يوقىتىشنى باشقۇرۇشتا ھەل قىلغۇچ رول ئوينايدۇ.

بۇ ماقالىدە ياپىلاق ياقۇت ئاساسىي قەۋىتى بىلەن نەقىشلىك ياپراق ئاساسىي قەۋىتى ئوتتۇرىسىدىكى ئومۇميۈزلۈك سېلىشتۇرما كۆرسىتىلدى.ياقۇت ئاساسىي قەۋىتى (PSS)بۇ PSS نىڭ نۇر چىقىرىش ئۈنۈمىنى ئاشۇرۇشتىكى ئوپتىكىلىق ۋە كىرىستاللوگرافىك مېخانىزملىرىنى چۈشەندۈرۈپ بېرىدۇ ھەمدە PSS نىڭ نېمە ئۈچۈن يۇقىرى ئىقتىدارلىق LED ئىشلەپچىقىرىشتا ئەمەلىي ئۆلچەمگە ئايلانغانلىقىنى چۈشەندۈرىدۇ.

1. نۇر چىقىرىش ئۈنۈمىنىڭ ئاساسلىق توسالغۇ سۈپىتىدە

LED نىڭ تاشقى كۋانت ئۈنۈمى (EQE) ئىككى ئاساسلىق ئامىلنىڭ كۆپەيتىلمىسى بىلەن بەلگىلىنىدۇ:

$EQE=IQE\times LEE\backslash text\{EQE\}\; =\; \backslash text\{IQE\}\; \backslash times\; \backslash text\{LEE\}$

EQE=IQE×LEE

IQE ئاكتىپ رايون ئىچىدىكى رادىئاتسىيەلىك رېكومبىناسىيەنىڭ ئۈنۈمىنى مىقدارلاشتۇرسا، LEE ئۈسكۈنىدىن مۇۋەپپەقىيەتلىك چىقىپ كەتكەن ھاسىل بولغان فوتونلارنىڭ نىسبىتىنى تەسۋىرلەيدۇ.

ياقۇت ئاساسىدىكى GaN ئاساسلىق LED چىراغلار ئۈچۈن، ئادەتتىكى لايىھەلەردىكى LEE ئادەتتە تەخمىنەن %30-40 بىلەن چەكلىنىدۇ. بۇ چەكلىمە ئاساسلىقى تۆۋەندىكى سەۋەبلەردىن كېلىپ چىقىدۇ:

• GaN (n ≈ 2.4)، ساپفىر (n ≈ 1.7) ۋە ھاۋا (n ≈ 1.0) ئارىسىدا ئېغىر دەرىجىدە سىنىش كۆرسەتكۈچى ماس كەلمەيدۇ.

• تۈزلەڭلىك ئارا سىزىقلاردا كۈچلۈك ئىچكى تولۇق ئەكس ئەتتۈرۈش (TIR)

• ئېپىتاكسىيال قەۋەتلەر ۋە ئاساسىي قاتلام ئىچىدىكى فوتوننىڭ تۇتۇلۇشى

شۇڭلاشقا، ھاسىل بولغان فوتونلارنىڭ مۇھىم بىر قىسمى كۆپ قېتىملىق ئىچكى ئەكس ئېتىشكە ئۇچرايدۇ ۋە ئاخىرىدا پايدىلىق نۇر چىقىرىشقا تۆھپە قوشۇشنىڭ ئورنىغا، ماتېرىيال تەرىپىدىن سۈمۈرۈلۈپ ياكى ئىسسىقلىققا ئايلىنىدۇ.

2. ياپىلاق ياقۇت ئاساسىي قەۋىتى: ئوپتىكىلىق چەكلىمىلەر بىلەن قۇرۇلمىنىڭ ئاددىيلىقى

2.1 قۇرۇلما خاراكتېرى

ياپىلاق ياقۇت ئاساسىي تاختىلىرى ئادەتتە سىلىق، تۈزلەڭلىك يۈزىگە ئىگە بولغان c تۈزلەڭلىك (0001) يۆنىلىشىنى ئىشلىتىدۇ. ئۇلار تۆۋەندىكى سەۋەبلەر تۈپەيلىدىن كەڭ قوللىنىلغان:

• يۇقىرى كرىستاللىق سۈپەت

• ئىسسىقلىق ۋە خىمىيىلىك جەھەتتىن مۇقىملىقى ناھايىتى ياخشى

• پىشىپ يېتىلگەن ۋە ئەرزان ئىشلەپچىقىرىش جەريانلىرى

2.2 ئوپتىكىلىق ھەرىكەت

ئوپتىكىلىق نۇقتىدىن قارىغاندا، تۈزلەڭلىك ئارايۈزلەر يۇقىرى يۆنىلىشلىك ۋە مۆلچەرلىگىلى بولىدىغان فوتون تارقىلىش يوللىرىغا ئېلىپ بارىدۇ. GaN ئاكتىپ رايونىدا ھاسىل بولغان فوتونلار GaN-ھاۋا ياكى GaN-ياقۇت ئارايۈزىگە كىرىش بۇلۇڭى كرىتىك بۇلۇڭدىن ئېشىپ كەتكەندە، تولۇق ئىچكى ئەكس ئەتتۈرۈش يۈز بېرىدۇ.

بۇنىڭ نەتىجىسىدە:

• ئۈسكۈنىنىڭ ئىچىدە كۈچلۈك فوتون چەكلىمىسى بار

• مېتال ئېلېكترودلارنىڭ سۈمۈرۈلۈشىنىڭ ئېشىشى ۋە نۇقسانلىق ھالەتلەر

• تارقىلىدىغان نۇرنىڭ چەكلىك بۇلۇڭلۇق تارقىلىشى

ئەمەلىيەتتە، ياپىلاق ياقۇت ئاساسىي قەۋىتى ئوپتىكىلىق چەكلىمىنى يېڭىشتە ئانچە ياردەم بەرمەيدۇ.

3. نەقىشلىك ياقۇت ئاساسىي قەۋىتى: ئۇقۇم ۋە قۇرۇلما لايىھىسى

نەقىشلىك ياقۇت ئاساسىي قەۋىتى (PSS) فوتولىتوگرافىيە ۋە ئويۇش تېخنىكىسى ئارقىلىق ياقۇت يۈزىگە دەۋرىي ياكى يېرىم دەۋرىي مىكرو ياكى نانو كۆلەملىك قۇرۇلمىلارنى كىرگۈزۈش ئارقىلىق ھاسىل قىلىنىدۇ.

كۆپ ئۇچرايدىغان PSS گېئومېتىرىيەلىرى تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• كونۇس شەكىللىك قۇرۇلمىلار

• يېرىم شار شەكىللىك گۈمبەزلەر

• پىرامىدا شەكىللىك ئالاھىدىلىكلەر

• سىلىندىر شەكىللىك ياكى قىسقارتىلغان كونۇس شەكىللىرى

ئادەتتىكى ئالاھىدىلىك ئۆلچىمى مىكرومېتىردىن تۆۋەنكى مىكرومېتىرغىچە بولۇپ، ئېگىزلىكى، ئېگىزلىكى ۋە خىزمەت دەۋرىيلىكى ئەستايىدىل كونترول قىلىنىدۇ.

4. PSS دا نۇر چىقىرىشنى كۈچەيتىش مېخانىزمى

4.1 ئىچكى تولۇق ئەكس ئېتىشنى باستۇرۇش

PSS نىڭ ئۈچ ئۆلچەملىك توپوگرافىيىسى ماتېرىيال چېگرىسىدىكى يەرلىك چۈشۈش بۇلۇڭلىرىنى ئۆزگەرتىدۇ. بولمىسا تۈز چېگرادا تولۇق ئىچكى ئەكس ئېتىشنى باشتىن كەچۈرىدىغان فوتونلار قېچىش كونۇس ئىچىدىكى بۇلۇڭلارغا يۆتكىلىپ، ئۇلارنىڭ ئۈسكۈنىدىن چىقىپ كېتىش ئېھتىماللىقىنى زور دەرىجىدە ئاشۇرىدۇ.

4.2 كۈچەيتىلگەن ئوپتىكىلىق تارقاقلاشتۇرۇش ۋە يول تاسادىپىيلىقى

PSS قۇرۇلمىسى كۆپ خىل سۇنۇش ۋە قايتۇرۇش ۋەقەلىرىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، بۇ تۆۋەندىكىلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ:

• فوتوننىڭ تارقىلىش يۆنىلىشىنى تاسادىپىيلاشتۇرۇش

• نۇر چىقىرىش ئارايۈزلىرى بىلەن بولغان ئۆز-ئارا تەسىرنىڭ كۈچىيىشى

• فوتوننىڭ ئۈسكۈنىدە تۇرۇش ۋاقتى قىسقارتىلدى

ستاتىستىكىلىق جەھەتتىن قارىغاندا، بۇ تەسىرلەر سۈمۈرۈلۈش يۈز بېرىشتىن بۇرۇن فوتوننىڭ ئېكىستىراكسىيە قىلىنىش ئېھتىماللىقىنى ئاشۇرىدۇ.

4.3 ئۈنۈملۈك سىنىش كۆرسەتكۈچى دەرىجىسى

ئوپتىكىلىق مودېللاشتۇرۇش نۇقتىسىدىن قارىغاندا، PSS ئۈنۈملۈك سىنىش كۆرسەتكۈچى ئۆتكۈنچى قەۋىتى رولىنى ئوينايدۇ. GaN دىن ھاۋاغا قاراپ سىنىش كۆرسەتكۈچىنىڭ تۇيۇقسىز ئۆزگىرىشىنىڭ ئورنىغا، نەقىشلەنگەن رايون تەدرىجىي سىنىش كۆرسەتكۈچى ئۆزگىرىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، شۇنىڭ بىلەن Fresnel نىڭ قايتۇرۇش زىيىنىنى ئازايتىدۇ.

بۇ مېخانىزم ئۇقۇم جەھەتتىن ئەكس ئەتتۈرۈشكە قارشى قاپلاملارغا ئوخشايدۇ، گەرچە ئۇ نېپىز پەردە ئارىلىشىشىغا ئەمەس، بەلكى گېئومېتىرىيەلىك ئوپتىكىغا تايىنىدۇ.

4.4 ئوپتىكىلىق يۇتۇش يوقىتىشنى ۋاسىتىلىك ئازايتىش

فوتون يولىنىڭ ئۇزۇنلۇقىنى قىسقارتىش ۋە قايتا-قايتا ئىچكى ئەكس ئېتىشنى باستۇرۇش ئارقىلىق، PSS ئوپتىكىلىق يۇتۇلۇش ئېھتىماللىقىنى تۆۋەندىكىدەك تۆۋەنلىتىدۇ:

• مېتال ئالاقىلىشىش

• كرىستال كەمتۈكلۈك ھالىتى

• GaN دىكى ئەركىن توشۇغۇچىنىڭ يۇتۇلۇشى

بۇ تەسىرلەر يۇقىرى ئۈنۈمگە ۋە ئىسسىقلىق ساقلاش ئىقتىدارىنى ياخشىلاشقا تۆھپە قوشىدۇ.

5. قوشۇمچە پايدىلار: كىرىستال سۈپىتىنىڭ ياخشىلىنىشى

ئوپتىكىلىق كۈچەيتىشتىن باشقا، PSS يەنە يان تەرەپتىكى ئېپىتاكسىيال ئۆسۈش (LEO) مېخانىزمى ئارقىلىق ئېپىتاكسىيال ماتېرىيالنىڭ سۈپىتىنى ياخشىلايدۇ:

• ساففىر-GaN چېگرىسىدىن باشلانغان چىقىشلار قايتا يۆنىلىشكە يۆتكىلىدۇ ياكى ئاخىرلىشىدۇ

• يىپ چىقىش زىچلىقى كۆرۈنەرلىك دەرىجىدە تۆۋەنلىدى

• كىرىستال سۈپىتىنىڭ ياخشىلىنىشى ئۈسكۈنىنىڭ ئىشەنچلىكلىكى ۋە ئىشلىتىش ئۆمرىنى ئاشۇرىدۇ

بۇ قوش ئوپتىكىلىق ۋە قۇرۇلمىلىق پايدىلار PSS نى پەقەت ئوپتىكىلىق يۈزەكى تېكىستۇرا ئۇسۇلىدىن پەرقلەندۈرىدۇ.

6. مىقدار جەھەتتىن سېلىشتۇرۇش: ياپلاق ياقۇت بىلەن PSS نى سېلىشتۇرۇش

ئەمەلىي ئىقتىدار ئېشىشى نەقىش گېئومېتىرىيەسى، نۇر چىقىرىش دولقۇن ئۇزۇنلۇقى، چىپ قۇرۇلمىسى ۋە ئورالما ئىستراتېگىيىسىگە باغلىق.

7. ئالماشتۇرۇش ۋە قۇرۇلۇش جەھەتتىكى ئويلىنىشلار

PSS ئۆزىنىڭ ئەۋزەللىكلىرىگە قارىماي، بىر قىسىم ئەمەلىي قىيىنچىلىقلارنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ:

• قوشۇمچە لىتوگرافىيە ۋە ئويۇش باسقۇچلىرى ئىشلەپچىقىرىش تەننەرخىنى ئاشۇرىدۇ

• نەقىشنىڭ بىردەكلىكى ۋە ئويۇش چوڭقۇرلۇقى ئېنىق كونترول قىلىشنى تەلەپ قىلىدۇ

• ناچار ئەلالاشتۇرۇلغان ئەندىزىلەر ئېپىتاكسىيە بىردەكلىكىگە سەلبىي تەسىر كۆرسىتىشى مۇمكىن

شۇڭا، PSS ئەلالاشتۇرۇش ئۆز-ئۆزىدىن ئوپتىكىلىق سىمۇلياتسىيە، ئېپىتاكسىيال ئۆسۈش قۇرۇلۇشى ۋە ئۈسكۈنە لايىھىلەشنى ئۆز ئىچىگە ئالغان كۆپ ساھەلىك ۋەزىپە.

8. كەسىپ نۇقتىسى ۋە كەلگۈسى نۇقتىسى

زامانىۋى LED ئىشلەپچىقىرىشتا، PSS ئەمدى قوشۇمچە كۈچەيتىش دەپ قارىلمايدۇ. ئوتتۇرا ۋە يۇقىرى قۇۋۋەتلىك LED قوللىنىشچان پروگراممىلىرىدا، مەسىلەن ئادەتتىكى يورۇتۇش، ئاپتوموبىل يورۇتۇش ۋە ئېكراننىڭ ئارقا يورۇتۇشى قاتارلىقلاردا، ئۇ ئاساسىي تېخنىكىغا ئايلاندى.

كەلگۈسىدىكى تەتقىقات ۋە تەرەققىيات يۈزلىنىشلىرى تۆۋەندىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ:

• Mini-LED ۋە Micro-LED قوللىنىشچان پروگراممىلىرى ئۈچۈن لايىھەلەنگەن ئىلغار PSS لايىھەلىرى

• PSS نى فوتون كرىستاللىرى ياكى نانو ئۆلچەملىك يۈزەكى تېكىستۇرا بىلەن بىرلەشتۈرۈش ئۇسۇلى

• چىقىمنى تۆۋەنلىتىش ۋە كېڭەيتكىلى بولىدىغان قېلىپلاشتۇرۇش تېخنىكىسىغا داۋاملىق تىرىشچانلىق كۆرسىتىلدى

خۇلاسە

نەقىشلىك ياقۇت ئاساسىي تاختىلىرى LED ئۈسكۈنىلىرىدىكى پاسسىپ مېخانىكىلىق تىرەكلەردىن ئىقتىدارلىق ئوپتىكىلىق ۋە قۇرۇلما زاپچاسلىرىغا بولغان ئاساسىي ئۆزگىرىشنى ئىپادىلەيدۇ. PSS نۇر چىقىرىش زىيىنىنى ئۇلارنىڭ ئاساسىي نۇقتىسىدىن، يەنى ئوپتىكىلىق چەكلىمە ۋە ئارايۈزنىڭ ئەكس ئېتىشىدىن ھەل قىلىش ئارقىلىق يۇقىرى ئۈنۈم، يۇقىرى ئىشەنچلىكلىك ۋە تېخىمۇ مۇقىم ئۈسكۈنە ئىقتىدارىنى ئىشقا ئاشۇرىدۇ.

بۇنىڭغا سېلىشتۇرغاندا، ياپىلاق ياقۇت ئاساسىي تاختىلىرى ئىشلەپچىقىرىش ئىقتىدارى ۋە تۆۋەن باھاسى سەۋەبىدىن جەلپ قىلارلىق بولسىمۇ، ئەمما ئۇلارنىڭ ئوپتىكىلىق چەكلىمىلىرى كېيىنكى ئەۋلاد يۇقىرى ئۈنۈملۈك LED چىراغلىرىغا ماس كېلىشىنى چەكلەيدۇ. LED تېخنىكىسى داۋاملىق تەرەققىي قىلىۋاتقاندا، PSS ماتېرىيال قۇرۇلۇشىنىڭ سىستېما سەۋىيەسىدىكى ئىقتىدارنى ئاشۇرۇشقا قانداق قىلىپ بىۋاسىتە تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقىنىڭ ئېنىق مىسالى بولۇپ قالدى.