CC BY
3УДК 535.8 Лотов К.И., Галацан В.С.
Лотов К.И.
студент кафедры лазерных и оптико-электронных систем Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (г. Москва, Россия)
Галацан В.С.
студент кафедры лазерных и оптико-электронных систем Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана (г. Москва, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ: ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Аннотация: в статье рассмотрены особенности и преимущества использования микро- и наноструктур в оптико-электронном приборостроении. Исследована классификация и описание микро- и наноструктур в оптико-электронном приборостроении. Проанализировано использование микро- и наноструктур в оптико-электронном приборостроении. Обозначены проблемы, с которыми сталкиваются специалисты в этой области и перспективы развития микро- и наноструктур в оптико-электронном приборостроении.
Ключевые слова: микроструктуры, наноструктуры, оптико-электронное приборостроение, классификация, сеть, технологии, перспективы.
Введение.
Оптико-электронные устройства, включая лазеры, светоизлучающие диоды, оптические детекторы и солнечные панели, привлекли значительное
внимание в научных исследованиях и широко используются в военной области и национальной экономике, такие как лазерное обнаружение и измерения, твердотельные дисплеи и освещение, оптическая связь и мониторинг окружающей среды, и возобновляемые источники энергии. [1]
Производительность оптоэлектронных устройств должна постоянно оптимизироваться для обеспечения высокой эффективности, небольших размеров и низкого энергопотребления в соответствии с растущими требованиями потребителей.
Однако дальнейшее повышение производительности остается сложной задачей из-за ограниченного отвода или поглощения света в традиционных архитектурах устройств. Вдохновленные существующими в природе организмами, все большее число исследователей показали, что микроструктуры могут придавать фотоэлектронным устройствам уникальные оптические, электрические и механические свойства, что является одним из наиболее многообещающих решений этой проблемы. [2]
Путем проектирования и оптимизации конструкции оптоэлектронных устройств могут быть получены различные микро-наноструктуры для реализации соответствующего эффективного эффекта манипулирования светом, такого как улучшение рассеяния света и уменьшение отражения света, использование резонансных плазмонных структур для улучшения отражения или поглощения света, принятие определенной геометрии резонатора для достижения оптической обратной связи, использование фотонный кристалл для направления пути распространения света и т.д. разработка оптических металлических поверхностей для контроля свойств излучения непосредственно на уровне источника.
Основная часть.
Контролируемое изготовление микроструктур является важнейшей предпосылкой для создания эффективных микроструктурных оптоэлектронных устройств.
С появлением различных типов технологий изготовления микроструктур лазерные технологии производства могут быть использованы для изготовления микроструктур путем взаимодействия лазеров с материалами, демонстрирующими высокую эффективность, высокую точность и низкий тепловой эффект, зарекомендовав себя как конкурентоспособный метод производства. [4]
С этой целью была опубликована мини-обзорная статья о последних достижениях в области микроструктур, изготовленных с использованием лазерной технологии для оптоэлектронных устройств, в которой рассматриваются как типичный механизм захвата света, так и плазмон-поляритонная поверхность микроструктур, а также описываются типичные области применения, такие как фотоприемники, фотоэлектрические элементы, органические материалы. материалы. светоизлучающие устройства.
Среди всех типов конструкций решетчатые конструкции продемонстрировали отличные светоулавливающие свойства в сочетании с простым производственным процессом и легкой регулировкой размера и формы, что делает их широко используемыми структурами оптического контроля. [5]
Рис. 1. Структура единичного пикселя органического светодиода, содержащего все типы вспомогательных слоев: 1 — катод, 2 — буферные слои, 3 — инжекционные слои, 4 — транспортные слои, 5 — блокирующие слои, 6 — эмиссионный слой, 7 — прозрачный анод, 8 — прозрачная подложка.
1D и 2D решетчатые структуры, встроенные в инжекционный слой органических светодиодов (OLED) с отверстиями для компенсации потерь мощности, улавливаемых устройствами. [4]
В результате 1D- и 2D-решетчатые OLED-дисплеи получили значительные улучшения как по яркости, так и по эффективности по сравнению с плоскими устройствами. Кроме того, OLED-дисплеи с двумерной решеткой могут обеспечить большее улучшение, чем OLED-дисплеи с одномерной решеткой, поскольку двумерная решетка обладает более высокой эффективностью связи и возбуждения для поверхностной плазмы.
Этот метод обеспечивает эффективную стратегию повышения производительности OLED. Ванг и другие обобщили последние разработки решетчатых структур в оптоэлектронных устройствах в отношении их типичных механизмов в устройствах с фотонной связью и их применения во многих оптоэлектронных устройствах. [1]
Они также представили, как улучшить управляемость при изготовлении решетчатой конструкции и сбалансировать соотношение между оптическими и электрическими характеристиками, это узкие места, которые все еще необходимо устранить.
Что касается примеров применения, то в нескольких мини-обзорах обобщены последние исследования по разработке микро-наноструктур для различных применений оптоэлектронных устройств. В направлении лазеров Чен и др. рассмотрели последние достижения и существующие проблемы, связанные с микролазерами на основе органически сопряженных полимеров, а также конфигурации и рабочий механизм нескольких типичных систем оптической обратной связи, соответствующие стратегии микро/нанопроизводства и их применения в биологическом/химическом обнаружении и органическом лазерном дисплее.
Волокна, периодически расположенные в фотонных кристаллах, могли преодолеть проблемы волоконных лазеров, такие как малое поле мод, низкая степень нелинейности и нерегулируемое рассеяние, благодаря своим
уникальным нелинейным эффектам, и были наиболее важной средой усиления для мощных ультракороткоимпульсных лазеров. [7]
Хоу и другие обсудили последние разработки в области волоконных лазеров на фотонных кристаллах, легированных различными ионами. Они отметили, что основной проблемой на данный момент является извлечение фотонно-кристаллических волокон, и процесс 3D-печати на микроструктурированном оптическом волокне мог бы стать эффективным подходом к решению этой проблемы.
В области мониторинга и обнаружения микро-наноструктуры также имеют решающее значение для оптимизации производительности оптоэлектронных устройств. Ю и др. он рассмотрел последние достижения, проблемы и перспективы использования фотоприемников с различными микронаноструктурами в мониторинге окружающей среды, оптической связи и электронной информации. [3]
Между тем, Ма и др. был проведен мини-обзор газовых датчиков на основе различных материалов с микронаноструктурами при активации ультрафиолетовым и видимым светом. Они обсудили механизм активации светом и представили области применения газовых датчиков с поддержкой света, которые обладают улучшенными свойствами при активации светом.
Чуаи и др. сообщили об эпитаксиальном выращивании тонких пленок Bi2Se3 методом молекулярно-лучевого осаждения (MBE).
(b| ; ..." .ГГ—I
Рис. 2. АСМ пленки Bi2Se3 толщиной 29 нм с 7,5 ат.% легирования Mn.
Обнаружен типичный спиральный характер роста и ступени в пять слоев высотой -1 нм, характерные для нелегированного Bi2Se3.
(b) Преобразование Фурье (FFT) полученного АСМ-изображения, демонстрирующее 6-кратную симметрию. [7]
Тонкая пленка Bi2Se3 была использована в инфракрасных прозрачных гетеропереходных диодах n-Bi2Se3/p-Cusco2 благодаря ее замечательной оптической прозрачности в широкополосном инфракрасном диапазоне и высокой электропроводности N-типа.
Диоды имели четкую границу раздела и демонстрировали вольтамперные характеристики выпрямителя с пороговым напряжением -3,3 В. Это обеспечивает многообещающие альтернативы оконным электродам в инфракрасных детекторах, а также другие сценарии в широком диапазоне длин волн инфракрасного излучения.
Еще одна исследовательская работа Луо и др. исследовали систему сильной связи, состоящую из пленки перовскита MAPbIxCl3-x и массива конических нанопителий Al, с помощью стационарных измерений, которые экспериментально продемонстрировали, что сильная связь может быть достигнута с помощью SPs и свободных носителей заряда, генерируемых на пленке CH3NH3PbClXI3-X. используя преимущества интригующего явления, возникающего в режиме сильной связи, эта работа вносит вклад в разработку
недорогих наноплазменных оптоэлектронных устройств, работающих в режиме сильной связи. [5]
Исследование прозрачных проводящих электродов является важной дополнительной частью разработки гибких оптоэлектронных устройств в области портативных дисплеев и освещения следующего поколения.
Мини-обзор, подготовленный Хоу и др. во-первых, был проведен систематический анализ преимуществ и недостатков различных известных альтернативных прозрачных электродов и сосредоточен на последних достижениях в области серебряных нанопроволочных электродов для гибких органических светодиодов/перовскитов с точки зрения взаимосвязи между оптимизацией электродов и производительностью устройства.
Они представили видение текущих проблем и будущих направлений развития физических механизмов, а также подход к инкапсуляции в гибкие OLED-дисплеи и PELED-панели.
Заключение.
Подводя итог, в этой теме исследования представлены несколько превосходных мини-обзоров и передовых исследований последних достижений в области микро-наноструктурированных оптоэлектронных устройств, которые демонстрируют большой потенциал в военной области и во многих областях национальной экономики.
Таким образом, мы продемонстрировали высококачественный рост тонких пленок Bi2Se3. Структурные исследования указывают на типичный спиральный режим роста с осью с, перпендикулярной плоскости поверхности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Би, Ю.-Г., Фэн, Дж., Ли, Ю.-Ф., Чжан, Х.-Л., Лю, Ю.-Ф., Цзинь, Ю. и др. (2013). Извлечение широкополосного света из белых органических светоизлучающих устройств с помощью изогнутых металлических электродов с
двойной периодичностью. Adv. Mater. 25,6969-6974.
doi:10.1002/adma.201302367;
2. Бонаккорсо, Ф., Сан, З., Хасан, Т. и Феррари, А. С. (2010). Графеновая фотоника и оптоэлектроника. Нац. Фото. 4, 611-622. doi:10.1038/nphoton.2010.186;
3. Цао Дж. и Ян Ф. (2021). Недавний прогресс в создании солнечных элементов на основе перовскита на основе олова^^^ Environment. Sci. 14, 1286-1325. doi: 10.1039/d0ee04007j ;
4. Chen, X., Xu, G., Zeng, G., Gu, H., Chen, H., Xu, H. и др. (2020). Реализация сверхвысокой механической гибкости и КПД >15% гибких органических солнечных элементов с помощью «сварочного» гибкого прозрачного электрода. Adv. Mater. 32, e1908478.doi:10.1002/adma.201908478;
5. Чои, Д. Х., Нам, С. К., Юнг, К., и Мун, Дж. Х. (2019). Двумерная фотонно-кристаллическая матрица нанодисков в качестве слоя переноса электронов для высокоэффективных перовскитовых солнечных элементов. Наноэнергетика 56, 365-372. doi:10.1016/j.nanoen.2018.11.050;
6. Фан, X., Не, В., Цай, Х., Ван, Н., Хуан, Х., Ченг, Ю. и др. (2019). PEDOT: PSS для гибкой и растягивающейся электроники: модификации, стратегии и приложения. Adv. Sci. 6, 1900813. doi:10.1002/advs.201900813;
7. Фэн, Дж., Лю, Ю.-Ф., Би, Ю.-Г. и Сун, Х.-Б. (2017). Манипулирование светом в органических светоизлучающих устройствах путем интеграции микро-/наноструктур. Лазерный фотон. Rev.11, 1600145. doi: 10.1002/lpor.201600145
Lotov K.I., Galatsan V.S.
Lotov K.I.
Bauman Moscow State Technical University (Moscow, Russia)
Galatsan V.S.
Bauman Moscow State Technical University (Moscow, Russia)
APPLICATION OF MICRO- AND NANOSTRUCTURES IN OPTOELECTRONIC DEVICES: TECHNOLOGIES AND PROSPECTS
Abstract: the article discusses the features and advantages of using micro- and nanostructures in optoelectronic instrumentation. The classification and description of micro- and nanostructures in optoelectronic instrumentation are investigated. The use of micro- and nanostructures in optoelectronic instrumentation is analyzed. The problems faced by specialists in this field and the prospects for the development of micro- and nanostructures in optoelectronic instrumentation are outlined.
Keywords: micronanostructures, optoelectronic instrumentation, cassification, network, technologies, prospects.
