Прозрачный, что ли? Ученые усовершенствовали электроды глубоким ультрафиолетом

Ученые из Токийского столичного университета разработали новый материал для электродов для использования в ультрафиолетовых светодиодах.

Для получения тонких пленок из сплава оксида олова и оксида германия с добавлением тантала исследователи применили передовую технику осаждения, обнаружив, что эти материалы обладают превосходной электропроводностью и беспрецедентной прозрачностью для ультрафиолетового излучения. Новые электроды окажут влияние на промышленность, поскольку те же длины волн используются в процессах стерилизации и при производстве микрочипов.

Глубокий ультрафиолетовый свет с длиной волны от 200 до 300 нанометров играет очень важную роль в промышленности и обществе. Его можно использовать для стерилизации воды и поверхностей за счет нейтрализации бактерий и вирусов, а также для полимеризации адгезивов, которые затвердевают под воздействием ультрафиолетового света. Что особенно важно, он используется в производстве самых современных полупроводниковых чипов и устройств.

Поскольку внедрение технологии глубокого ультрафиолета растет все больше и больше, ученые стремятся разработать светодиодные устройства, излучающие глубокий ультрафиолет, используя беспрецедентную энергоэффективность, масштабируемость и компактность светодиодных источников.

В светодиодах используются светоизлучающие слои, помещенные между парой прозрачных электродов, которые должны пропускать свет и проводить электричество. Хотя такие светодиоды уже существуют, имеющиеся материалы электродов пока не могут сочетать проводимость с оптимальной прозрачностью; они по-прежнему поглощают значительную часть ультрафиолетового света.

Теперь команда под руководством профессора Ясуши Хиросе из Токийского столичного университета разработала тонкопленочный прозрачный электрод с отличной проводимостью и, что особенно важно, беспрецедентной прозрачностью для глубокого ультрафиолета. Они объединили широко используемый компонент прозрачных электродов, оксид олова, и смешали его с оксидом германия, материалом с похожей кристаллической структурой, но более высокой прозрачностью.

Эти два материала обычно не растворяются друг в друге, поэтому команда использовала импульсное лазерное осаждение — метод, позволяющий осаждать нерастворимые материалы вместе без их самопроизвольного разделения на отдельные области. Они показали, что пропускание глубокого ультрафиолета (доля пропускаемого света) становится все лучше и лучше по мере добавления оксида германия. Добавив немного тантала, они также улучшили электропроводность пленок.

Полученные пленки показали низкое удельное сопротивление и одни из лучших показателей пропускания ультрафиолетового света среди всех известных электродных материалов, включая наиболее распространенный прозрачный электродный материал — оксид индия-олова.

Важно отметить, что пленки могут быть сформированы на подложках из нитрида алюминия с помощью кристаллического «затравочного» слоя оксида олова. Нитрид алюминия является ключевым материалом для светодиодов глубокого ультрафиолетового излучения; совместимость новых пленок тантал-олово-германиевого оксида с нитридом алюминия делает научную работу чрезвычайно перспективной для реального применения в следующем поколении источников света для чипов.

Результаты опубликованы в издании Chemistry of Materials.

22.01.2023