De vita lysdioder som vi anvÀnder i dag bestÄr av en blÄ lysdiod av materialet galliumnitrid. OvanpÄ det finns ett filter av fosfor, som gör att ljuset blir vitare. Forskningen som möjliggjorde den hÀr sortens vita lysdioder belönades med 2014 Ärs Nobelpris i fysik. Men en nackdel Àr att dessa lysdioder ofta har ett blÄtonat ljus, som kan upplevas som onaturligt.
â Fosforn i traditionella vita lysdioder bryts med tiden ner av vĂ€rmen som alstras nĂ€r de lyser. Kiselkarbid dĂ€remot tĂ„l hög vĂ€rme, och ger en berĂ€knad livstid av lysdioden pĂ„ minst 35 Ă„r. Dessutom behövs inga sĂ€llsynta jordartsmetaller i lysdioder av kiselkarbid, sĂ€ger Mikael SyvĂ€jĂ€rvi, förste forskningsingenjör vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM.
Âé¶čÉç-forskare inom halvledarmaterialomrĂ„det, dĂ€ribland professor Rositsa Yakimova och Mikael SyvĂ€jĂ€rvi, ledde ett nordiskt projekt och utvecklade redan under Ă„ren 2010â2012 en grundteknik som patenterats för att fĂ„ fram kiselkarbid som avger ljus. Forskningen bromsades sedan upp av brist pĂ„ finansiering tills ett uppföljningsprojekt lett av bitrĂ€dande professorn Haiyan Ou vid Danmarks tekniska universitet, DTU, fick forskningsanslag Ă„r 2015.
Sökte vitt ljus utan fÀrgtoner
Nu presenterar teamet, med forskare frĂ„n DTU, Meijo University i Japan och Âé¶čÉç, sitt senaste framsteg i en artikel i tidskriften Scientific Reports.
â I det första steget handlade det om att tillverka kiselkarbidmaterialet, och dĂ„ visade vi att det Ă€r möjligt att göra lysdioder med varmt vitt ljus. VĂ„rt mĂ„l i det hĂ€r andra steget var att fĂ„ fram ett rent vitt ljus utan fĂ€rgtoner, sĂ€ger Mikael SyvĂ€jĂ€rvi, som Ă€r en av medförfattarna till artikeln.
För att fĂ„ varmt vitt ljus frĂ„n kiselkarbid tillsĂ€tter forskarna kvĂ€ve och bor pĂ„ ett kontrollerat sĂ€tt, sĂ„ kallad dopning. Kiselkarbid Ă€r ett halvledarmaterial och dopĂ€mnena gör att elektroner rör sig mellan olika laddningar och avger ljus. Beroende pĂ„ vilket Ă€mne som tillsĂ€tts fĂ„r ljuset som kiselkarbiden avger olika ljus. Âé¶čÉç-forskarna har tidigare visat att dopning med kvĂ€ve och bor ger ett glödlampsliknande ljus mellan gult och grönt. En tillsats av kvĂ€ve och aluminium i ett andra lager kan ge ljus i det blĂ„-gröna spannet och göra ljuset rent vitt. Men det har av olika anledningar varit klurigt att fĂ„ det tillvĂ€gagĂ„ngssĂ€ttet att fungera bra. Forskarna har nu hittat ett alternativt sĂ€tt.
â De danska forskarna har modifierat kiselkarbidens yta till en porös struktur som avger det blĂ„-gröna ljuset. NĂ€r tekniken anvĂ€nds tillsammans med dopad kiselkarbid fĂ„r man en integrerad struktur som avger ett vitt ljus. Det Ă€r första gĂ„ngen det har gjorts en kombination av tvĂ„ tekniksteg för att fĂ„ fram det vita ljuset utan fĂ€rgtoner, sĂ€ger Mikael SyvĂ€jĂ€rvi.
Kiselkarbiden i det nya samarbetet har vidareutvecklats av Valdas Jokubavicius, postdoktor vid IFM.
â Det behövs fortfarande flera Ă„rs utveckling innan lysdioder baserade pĂ„ den hĂ€r tekniken kan komma ut pĂ„ marknaden. Men det Ă€r jĂ€ttekul att det gĂ„r framĂ„t. Det har kommit in fler forskare i det hĂ€r forskningsfĂ€ltet och intresserat sig för möjligheten att göra vita lysdioder av kiselkarbid, sĂ€ger Mikael SyvĂ€jĂ€rvi.
Artikeln: , Weifang Lu, Yiyu Ou, Elisabetta Maria Fiordaliso, Yoshimi Iwasa, Valdas Jokubavicius, Mikael SyvÀjÀrvi, Satoshi Kamiyama, Paul Michael Petersen and Haiyan Ou, Scientific Reports, 7, publicerad online 29 augusti 2017, doi: 10.1038/s41598-017-10771-7
