北大:直接製備圖案化石墨烯納米片,用於發光二極體

2020-12-05 材料分析與應用

本文要點：

利用垂直石墨烯納米片的特殊結構，促進紫外LED器件散熱的新方法

成果簡介

以氮化鋁（AlN）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導體材料，因其優異的性能在LED（Light Emitting Diode）發光二極體等光電器件領域有著廣泛的應用。在目前市場上，大部分LED器件是在藍寶石襯底上外延獲得的。由於藍寶石襯底的熱導率低，導致LED器件在使用過程存在嚴重的散熱問題。熱量的產生會帶來一系列問題，包括器件能耗增加、效率降低、使用壽命縮短等。尤其對大功率LED器件，高的工作電流使得散熱問題尤為突出，因此如何有效促進LED器件散熱是未來LED照明的考慮的一個重點。

北京大學的劉忠範教授和高鵬助理教授、韓國蔚山國立科學技術研究所的Feng Ding以及中科院半導體研究所的魏同波研究員（通訊作者）等人聯合在《Adv. Funct. Mater》期刊發表名為「Direct Growth of Nanopatterned Graphene on Sapphire and Its Application in Light Emitting Diodes」的論文，研究報導了一種通過在納米圖形化藍寶石基底（NPSS）的c-面上選擇性生長石墨烯，來製備納米圖案化石墨烯的新思路，並且展示了其在外延生長氮化鋁（AlN）薄膜中的應用。

在隨後的紫外發光二極體（UV-LED）應用中，作者發現圖案化的石墨烯可以實現AlN的選擇性成核，從而保障了成核取向的一致性，並促進AlN的快速橫向外延生長（ELOG），從而得到低位錯密度的單晶AlN薄膜。在圖形化石墨烯/NPSS基底上所製造出的UV-LED表現出了良好的發光性能和可優異的可靠性。該方法適用於通過基板設計獲得各種圖案化的石墨烯，這將在石墨烯的前沿應用中取得更大的進步。

圖文導讀

圖1、NPSS c平面上石墨烯的選擇性生長

圖2、NPSS c平面上生長的圖案化石墨烯的表徵。

圖3、石墨烯在NPSS c平面上選擇性生長的DFT計算

圖4、通過調節碳前驅物和系統壓力，可在NPSS上控制石墨烯的生長

小結

總之，通過利用NPSS的物理設計和化學性質成功地實現了圖案化石墨烯的直接生長，並展示了它們在AlN薄膜外延與LED構築中的關鍵應用。這項工作可以激勵並提供進一步的進展，例如可在電子設備應用的介電基板上控制各種圖案化的石墨烯的生長，從而滿足石墨烯的前沿應用。

文獻：

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