Bằng cách chế tạo các rãnh được bọc bằng silicon điôxit (SiO2) trên bề mặt của một chất bán dẫn, các nhà khoa học của Viện KH&CN Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia ở Nhật Bản đã chứng tỏ cách khai thác ánh sáng từ một chất bán dẫn với hiệu suất cực cao.
Kỹ thuật mới này có thể dẫn tới việc phát triển các bóng LED hiệu suất siêu cao, giá thành rẻ để làm bóng đèn và sử dụng cho các ứng dụng màn hình. Với việc sử dụng các bóng LED rộng rãi, nhóm nghiên cứu ước tính mức tiêu thụ điện toàn cầu sẽ có thể giảm tới 10% hoặc hơn, giúp tiết kiệm được 120 tỷ USD trong vòng 20 năm tới.
Theo nhóm nghiên cứu giải thích, mấu chốt để cải tiến hiệu suất chuyển hóa năng lượng của một bóng LED là ở việc khai thác ánh sáng được sản sinh ra ở một chất bán dẫn với khả năng hiệu suất cao nhất có thể đạt được. Tuy nhiên, độ khúc xạ bên trong mạnh ở chất bán dẫn đã khiến cho việc khai thác ánh sáng một cách hiệu quả gặp khó khăn, do ánh sáng có xu hướng vẫn lưu lại bên trong chất bán dẫn. Hầu hết các kỹ thuật cải tiến hiệu suất khai thác ánh sáng đều có mức chi phí sản xuất cao, bên cạnh đó khám phá ra một kỹ thuật khai thác hiệu quả cao, chi phí thấp lại rất thiết yếu đối với việc phổ biến hóa việc thắp sáng bằng bóng LED.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế ra một chất bán dẫn tận dụng hiệu ứng của các sóng hư ảo để cải thiện hiệu suất khai thác ánh sáng. Theo nhóm nghiên cứu giải thích, các sóng hư ảo là một dạng đặc biệt của ánh sáng chỉ tồn tại gần một bề mặt khúc xạ. Khi hai sóng hư ảo gặp nhau, chúng được chuyển hóa một cách hiệu quả thành ánh sáng.
Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một cấu trúc nano GaAs/AlGaAs có các đường rãnh hình chữ V và thậm chí còn có các gờ nhỏ hơn giữa những đường rãnh này. Sau đó họ làm lắng một lớp SiO2 dày 150nm lên trên cấu trúc nano. Thiết kế này cho phép các sóng hư ảo hình thành và kết cặp với nhau ở các giao diện SiO2 bán dẫn và khí SiO2 trên các đĩa phẳng ở đỉnh của các gờ, dẫn tới làm tăng lượng ánh sáng có thể khai thác được. Một lợi thế của thiết kế này đó là nó không đòi hỏi bất cứ một thay đổi lớn nào đối với quy trình chế tạo các bóng LED thông thường, nên làm cho chi phí chế tạo thấp. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng với các vật liệu khác, ví dụ như ôxit indi thiếc hoặc kẽm ôxit làm lớp sơn, và các vật liệu bán dẫn dựa trên AlGaInP và GaN, có thể được sử dụng để phát triển các bóng LED hữu hình có hiệu suất khai thác ánh sáng cực cao.
xaydungvietnam.vn - theo congnghemoi