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

Manlig forskare i campusmiljö.

Influencers behöver sin frihet i ny digital industri

Influencers behöver en viss frihet för att fungera, även om deras jobb sker i samarbete med något varumärke. Sociala medier utgör en ny typ av industri, men i utvecklingen av den är det viktigt att tänka på användarnas välmående

Från studentliv till framgång

Niclas Söör sög ut det göttigaste ur studentlivet vid LiU. Det formade karriären. Här fick han idén till Dospace, ett slags kontorshotell med nära 1 400 medlemmar på elva platser i Sverige.

Många studenter arbetar med att utveckla och finslipa sina egenbyggda bilar inför tävlingen

Studenter bygger och tävlar med egna fordon

Studenter på Linköpings universitet tar sig an en ingenjörsutmaning där de konstruerar och tävlar med egna fordon. Genom praktisk problemlösning och teknisk innovation sätts deras kunskaper på prov.