22 september 2017

Forskningen kring att göra vita lysdioder av kiselkarbid går framåt. Nu visar forskare från Danmarks tekniska universitet i samarbete med LiU-forskare hur vitt ljus kan skapas från ett enda skikt från kiselkarbid. Det är en utveckling av tidigare forskning då bara den varmvita delen av ljuset kunde framställas.

De vita lysdioder som vi använder i dag består av en blå lysdiod av materialet galliumnitrid. Ovanpå det finns ett filter av fosfor, som gör att ljuset blir vitare. Forskningen som möjliggjorde den här sortens vita lysdioder belönades med 2014 års Nobelpris i fysik. Men en nackdel är att dessa lysdioder ofta har ett blåtonat ljus, som kan upplevas som onaturligt.

– Fosforn i traditionella vita lysdioder bryts med tiden ner av värmen som alstras när de lyser. Kiselkarbid däremot tål hög värme, och ger en beräknad livstid av lysdioden på minst 35 år. Dessutom behövs inga sällsynta jordartsmetaller i lysdioder av kiselkarbid, säger Mikael Syväjärvi, förste forskningsingenjör vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM.

LiU-forskare inom halvledarmaterialområdet, däribland professor Rositsa Yakimova och Mikael Syväjärvi, ledde ett nordiskt projekt och utvecklade redan under åren 2010–2012 en grundteknik som patenterats för att få fram kiselkarbid som avger ljus. Forskningen bromsades sedan upp av brist på finansiering tills ett uppföljningsprojekt lett av biträdande professorn Haiyan Ou vid Danmarks tekniska universitet, DTU, fick forskningsanslag år 2015.

Sökte vitt ljus utan färgtoner

Nu presenterar teamet, med forskare från DTU, Meijo University i Japan och LiU, sitt senaste framsteg i en artikel i tidskriften Scientific Reports.

– I det första steget handlade det om att tillverka kiselkarbidmaterialet, och då visade vi att det är möjligt att göra lysdioder med varmt vitt ljus. Vårt mål i det här andra steget var att få fram ett rent vitt ljus utan färgtoner, säger Mikael Syväjärvi, som är en av medförfattarna till artikeln.

För att få varmt vitt ljus från kiselkarbid tillsätter forskarna kväve och bor på ett kontrollerat sätt, så kallad dopning. Kiselkarbid är ett halvledarmaterial och dopämnena gör att elektroner rör sig mellan olika laddningar och avger ljus. Beroende på vilket ämne som tillsätts får ljuset som kiselkarbiden avger olika ljus. LiU-forskarna har tidigare visat att dopning med kväve och bor ger ett glödlampsliknande ljus mellan gult och grönt. En tillsats av kväve och aluminium i ett andra lager kan ge ljus i det blå-gröna spannet och göra ljuset rent vitt. Men det har av olika anledningar varit klurigt att få det tillvägagångssättet att fungera bra. Forskarna har nu hittat ett alternativt sätt.

– De danska forskarna har modifierat kiselkarbidens yta till en porös struktur som avger det blå-gröna ljuset. När tekniken används tillsammans med dopad kiselkarbid får man en integrerad struktur som avger ett vitt ljus. Det är första gången det har gjorts en kombination av två tekniksteg för att få fram det vita ljuset utan färgtoner, säger Mikael Syväjärvi.

Kiselkarbiden i det nya samarbetet har vidareutvecklats av Valdas Jokubavicius, postdoktor vid IFM.

– Det behövs fortfarande flera års utveckling innan lysdioder baserade på den här tekniken kan komma ut på marknaden. Men det är jättekul att det går framåt. Det har kommit in fler forskare i det här forskningsfältet och intresserat sig för möjligheten att göra vita lysdioder av kiselkarbid, säger Mikael Syväjärvi.

Artikeln: White light emission from fluorescent SiC with porous surface, Weifang Lu, Yiyu Ou, Elisabetta Maria Fiordaliso, Yoshimi Iwasa, Valdas Jokubavicius, Mikael Syväjärvi, Satoshi Kamiyama, Paul Michael Petersen and Haiyan Ou, Scientific Reports, 7, publicerad online 29 augusti 2017, doi: 10.1038/s41598-017-10771-7

Mer om vita lysdioder

Senaste nytt från LiU

Florian Trybel

Samarbetet tänjer på fysikens gränser

Teoretikern Florian Trybel har en central roll i skapandet av nya material. Tillsammans med sin kollega inom experimentell forskning i Skottland siktar han på att utöka möjligheterna för material i extrema förhållanden.

Ung kvinna öppnar en dörr

Från teori till terapi

På Psykologmottagningen vid LiU får studenter på psykologprogrammet chans att göra skillnad på riktigt. Utöver en unik möjlighet att omsätta teori i praktik hjälper de patienter med allt från stresshantering, sömnbesvär, nedstämdhet, oro och fobier.

Kaiqian Wang.

Upptäckt om smärtsignalering kan bidra till bättre behandling

LiU-forskare har ringat in den exakta platsen på ett specifikt protein som finjusterar smärtsignalers styrka. Kunskapen kan användas för att utveckla läkemedel mot kronisk smärta som är mer effektiva och har färre biverkningar.