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aktuell | Forschung
Lichtstarke weiße Dioden mit
und ohne Phosphorbeschichtung
Bislang werden weiße LEDs aus
blau emittierenden Halbleiterdioden
gefertigt, deren Gehäusewand
mit einem gelb phosphorisierenden
Material beschichtet
ist. Erst die Phosphorschicht
wandelt das blaue Licht
in weißes um. Man erkennt
die sogenannten Pseudo-White
LEDs im ausgeschalteten Zustand
an ihrer von außen sichtbaren
Gelbfärbung. Cree, neben
Philips einer der weltweit größten
LED-Hersteller, will das konvertierende
Material jetzt direkt
auf dem Halbleiterchip deponieren
und damit in das Diodeninnere
verbannen.
Wie aus einem im November
veröffentlichten US-Patent hervorgeht,
will das in Durham in
North Carolina beheimatete
Unternehmen mit Lasertechnik
schmale Gräben in das Halbleitersubstrat
fräsen und diese im
Spin-Coating-Verfahren durch
schnelle Rotation des Wafers mit
dem gelb leuchtendem Material
füllen. Die Füllung soll Teile des
blauen Licht vom GaN-Übergang
(Galliumnitrid) in ein breitbandiges
weißes Licht wandeln. Zugleich
will Cree durch eine geschickte
Formung der Gräben
die Lichtausbeute der Dioden erhöhen.
Wenn statt des üblicherweise
verwendeten LED-Phosphors
ein halbleitendes Nanokristall
wie Cadmiumselenid (CdSe)
eingefüllt würde, ließe sich die
emittierte Wellenlänge gezielter
steuern, so die Forscher. An Stelle
der Spin-Coating-Verfahrens
nennt Cree im Patent auch die
Möglichkeit, die Gräben im Tintendruck-
oder mit einer Art Airbrush-Technik
zu befüllen.
Am französischen Forschungszentrum
CRHEA/CNRS (Centre de
Recherche sur l’Hétéro-Epitaxie
et ses Applications/Centre National
de la Recherche Scientifique)
gehen die Wissenschaftler noch
einen Schritt weiter: Sie haben
eine weiße LED entwickelt, deren
Halbleiterchip selbst blaues und
gelbes Licht emittiert. Durch die
Kombination des blauen und
In der MBE-Anlage (Molecular Beam Epitaxy) am französischen
Forschungszentrum CRHEA werden weiße LEDs erzeugt, die
ohne Phosphorbeschichtung auskommen.
gelben Lichts entsteht wie bei
herkömmlichen Pseudo-White-
LEDs beim Austritt weißes Licht.
Die Physiker des CRHEA bedienten
sich dazu sogenannter
Quantenquellen, die als zusätzliche
Schicht an den pn-Übergang
der Halbleiterdiode gefügt
werden. Die Erweiterung ist nicht
neu, doch bislang hatte man
die gelbes Licht produzierende
Quantenquelle stets direkt in den
pn-Übergang gelegt. Die Wellenlänge
des emittierten Lichts hing
dadurch von der Menge der injizierten
Ladungsträger und damit
von der Stromstärke durch die
Diode ab; die Effizienz der Diode
wurde zudem durch die Effizienz
der gelb strahlenden Quantenquelle
begrenzt.
Wie in den Applied Physics
Letters berichtet, platzierten die
CRHEA-Forscher die Quantenquelle
aus Galliumindiumnitrid
(GaInN) nun erstmals außerhalb
(oberhalb) des für die blaue Lichtemission
zuständigen III-V-Halbleiterübergangs
aus Galliumnitrid.
Auf diese Weise wurde die
Quantenquelle in der Diode nicht
mehr elektrisch, sondern optisch
gespeist: Einige der emittierten
blauen Photonen werden in der
Quantenquelle absorbiert, wodurch
gelbe Photonen freigesetzt
werden und in der Mischung helles
Weißlicht erzeugen. (uk)
Transparente Speicherchips
Wissenschaftler aus Südkorea
präsentierten kürzlich einen nicht
flüchtigen Speicherbaustein, der
fast völlig durchsichtig ist. Die
Gruppe um Jae-Woo Park vom
Korea Advanced Institute of
Science and Technology (KAIST)
in Daejeon nennt ihr Bauelement
TRRAM, „Transparent Resistive
Random Access Memory“ – angelehnt
an einen neueren Speichertyp
namens RRAM, dessen Entwicklung
seit geraumer Zeit
Bild: Jung Won Seo, KAIST
Zur Datenspeicherung in
TRRAMs nutzen die Forscher
die sprunghafte Änderung
des elektrischen Widerstands
einiger Metalloxide bei Anlegen
einer hohen Spannung.
Unternehmen wie Sharp, Samsung
oder Fujitsu vorantreiben.
RRAM beruht darauf, dass manche
Dielektrika – also elektrisch
isolierenden Materialien – bei
einer ausreichend hohen Spannung
plötzlich einen deutlich geringeren
elektrischen Widerstand
aufweisen. Die Widerstandsänderung
ist über einen weiteren
Spannungswert umkehrbar.
Für ihre TRRAMs nutzten die
Koreaner aus, dass bestimmte
Oxide aus der Gruppe der Übergangsmetalle
im sichtbaren Bereich
transparent sind. Wie Park
und seine Kollegen in der Fachzeitschrift
Applied Physics Letters
ausführen, ist es dann nur nötig,
das Dielektrum aus Metalloxid
zwischen zwei transparente
Elektroden zu stecken und ein
durchsichtiges Substrat zu verwenden.
In Kombination mit anderen
durchsichtigen elektronischen
Komponenten denken die
Forscher an ganz und gar transparente
Geräte wie beispielsweise
Displays. Anfang August
hatten die Wissenschaftler am
KAIST dazu durchsichtige Dünnfilmtransistoren
auf Titandioxid-
Basis vorgestellt.
RRAM gilt neben den ebenfalls
nichtflüchtigen FRAM (Ferroelektrisch),
MRAM (Magnetoresistiv)
und PRAM (Phase-change)
als Newcomer unter den Alternativen
zu Flashspeichern auf
CMOS-Basis. Man erhofft sich
von ihnen einen niedrigen Energieverbrauch
und auch geringere
Herstellungskosten bei guter
Performance und hohen Speicherdichten.
Allerdings ist der
Effekt der Widerstandsänderung
noch nicht völlig geklärt (siehe
auch c’t 19/07, S. 44).
Dabei mutet das Prinzip einer
RRAM-Zelle recht einfach an: Sie
ist nichts anderes als ein Kondensator,
für den ein Sandwich
nanometerdünner Schichten auf
ein Substrat aufgebracht wird.
Bei den Koreanern ist das ein
Glasplättchen, wobei prinzipiell
auch flexible Kunststoffe in
Frage kommen. Für die beiden
äußeren Lagen, die als Elektroden
dienen, wählten die KAIST-
Wissenschaftler Indiumzinnoxid
(ITO) – sonst das Material der
Wahl für transparente Elektroden
in LCDs –, und als Dielektrikum
dazwischen Zinkoxid (ZnO).
Das fertige Element unterzog
das Team verschiedenen Messungen.
Optische Untersuchungen
ergaben einen Transmissionsgrad
des gesamten Bausteins inklusive
Substrat von 81 Prozent.
Aufgenommene Schaltcharakteristiken
zeigten, dass schon Spannungswerte
unter drei Volt den
Widerstand hoch oder niedrig
schalten. Die Forscher extrapolierten,
dass der Baustein die
Daten voraussichtlich länger als
zehn Jahre halten kann. Außerdem
beobachteten sie bei
immerhin 100 Schaltzyklen keine
nennenswerte Verschlechterung
des Schaltverhaltens. TRRAM sei,
so die Forscher, einfach herzustellen,
und auch zum eher teuren Indiumzinnoxid
gäbe es bereits
Alternativen. Sie glauben, dass
die transparenten TRRAM-Chips
schon in drei bis vier Jahren
marktreif sein könnten.
(Veronika Winkler/uk)
26 c’t 2009, Heft 2
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