Чи-Чoу Лин (Chi-Chou Lin), aспирaнт из Тexaсскoгo унивeрситeтa A&M (Texas A&M University), рaбoтaвший пoд рукoвoдствoм прoфeссoрa Ю Куo (Yue Kuo), рaзрaбoтaл и изгoтoвил oпытныe oбрaзцы нoвыx твeрдoтeльныx свeтoизлучaющиx прибoрoв, принцип рaбoты которых практически не отличается от принципа работы классической лампы накаливания.
Как и лампочка, твердотельное устройство работает, нагревая нити до такой температуры, что они начинают излучать яркий свет, отличие в том, что нити этих микролампочек имеют диаметр от 20 до 150 нанометров, а сами такие лампочки могут изготавливаться при помощи обычных технологий изготовления полупроводниковых устройств.
«Если говорить простыми словами — мы создали твердотельный вариант лампочки накаливания Эдисона» — рассказывает лектор Ю Куо, — «Только наша микролампочка более долговечна и способна работать в непрерывном режиме минимум 7 тысяч часов».
Созданное светоизлучающее устройство получило название «solid-state incandescent LED«, только аббревиатура LED в данном случае не означает, что это какая-то из разновидностей светодиодов.
По сути, устройство представляет собой полупроводниковый МОП-конденсатор, состоящий из диэлектрического слоя аморфного материала, расположенного между металлическим электродом и электродом из полупроводникового кремния р-типа.
Излучаемый свет проходит наружу через тонкий слой верхнего электрода, изготовленного из прозрачного материала типа оксида олова-индия.
Для того, чтобы данная структура начала излучать свет, к двум электродам прикладывается достаточно высокое электрическое напряжение, способное преодолеть сопротивление диэлектрического материала. Это становится причиной появления множества крошечных токопроводящих каналов электрического пробоя, нитей, через которые течет электрический ток.
Из-за относительно малого электрического сопротивления эти нити нагреваются, превращаясь в точечный источник света высокой яркости. Как и любая лампа накаливания, твердотельное устройство излучает белый свет, имеющий широкий спектральный диапазон.
Следует отметить, что Куо и Лин работали над своей микроскопической лампой накаливания с 2011 года. За все это время ими было опробовано множество вариантов комбинаций материалов электродов и диэлектрика, таких, как окись вольфрама и окись гафния.
Недавно им удалось комбинацию, которая начала работать, демонстрируя неплохие данные. Поскольку такие светоизлучающие устройства могут быть изготовлены из широкодоступных материалов и при помощи обычных технологий производства, они могут стать альтернативой светодиодам в осветительных источниках света, в некоторых областях оптических коммуникаций и т.п.
Хотя, как это бывает очень часто, одну большую бочку меда всегда портит одна шкалик ложка дегтя. И в качестве ложки дегтя в данном случае выступает низкая эффективность микроскопической лампы накаливания. В ходе экспериментов с опытными образцами исследователи установили, что в свет преобразуется всего один процент от количества энергии, подаваемой в элемент.
Но ученые считают, что несовершенство использованного метода измерений стало причиной того, что большая часть излучаемого света была ими «потеряна», а результативность их «лампочки» составляет не менее 10 процентов, что сопоставимо с эффективностью обычных ламп накаливания.
Но у твердотельной лампочки имеется одно существенное отличие от обычных ламп накаливания. Обычные лампы преобразуют около 90 процентов энергии в энергию инфракрасного теплового излучения, твердотельная же лампочка демонстрирует максимальную эффективность именно в области видимого света.
Но, в любом случае, о практическом применении таких светоизлучающих устройств говорить слишком рано, ведь они по эффективности проигрывают светодиодам и твердотельным лазерам с огромным разрывом, что вряд ли сможет сократиться в ближайшем времени.
