Thiết kế và chế tạo đèn điốt bán dẫn kích thước micro mét cấu trúc ingan dây nano với hiệu suất phát quang cao ứng dụng trong kỹ thuật trình chiếu thông minh

6 Hình 1.4: a Sơ đồ minh họa b Hình TEM của cấu trúc InGaN/GaN dot-in-a-wire được phát triển bằng kỹ thuật MBE trên đế Si 111, c Sơ đồ minh họa sự tràn điện tử trong cấu trúc thanh nano.

ỦY BAN NHÂN DÂN VIỆN HL KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN

THÔNG MINH

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Viện Công Nghệ Hóa Học

Chủ nhiệm nhiệm vụ: Nguyễn Hoàng Duy

Thành phố Hồ Chí Minh - 2022

UY BAN NHA.N DA.N

THANH PHO HO CHI MINH

SO KHOA HQC VA CONG NGHt

Vli;:N HL KHOA HOC VA CONG NOH)$ VN

VItN CONG NGHt H6A HQC

CHU'ONG TRINH KHOA HQC VA CONG NG Ht CAP THANH PHO

1>~ tai

MICRO MET cAu TRUC InGaN DAY NANO VOi HitU suAT PHAT

THONG MINH

(f>a chinh sfra theo k~t lu~n cua Hqi d6ng nghi~m tho ngay 21/06/2022)

Chu nhi~m nhi~m Yl;l:

VIl~N HAN LAM

KHOA HOC VA CONG NGHB VIBT NAM

VIl):N CONG NGHI): HOA HQC

C(>NG HOA XA H()I CHU NGHiA VIl):T NAM

D9c 1, p - Tl}' do - H~nh phuc

TPHCM ngayo2.4thang 06 niim 2022

BAO cAo THONG KE

KET QUA TH{/C Hil):N NHil):M Vl) NGHIEN c1'.ru KH&CN

I THONG TIN CHUNG

1 Ten nhifm vu: ThiSt kS va chS tao den di6t ban din kich th116'c micro met du true (,

InGaN day na~o voi hifu su§t ph~t quang cao ll'llg dyng trong ky thu~t trinh chiSu /(1

f Thu<)c: Chuang trinh/linh V\l'C (ten chu<mg trinh/linh VlfC): Ky thu?t va Cong ngh~ \

2 Chii nhifm nhifm vy:

HQ va ten: Nguyen Hoang Duy

Ngay, thang, niim sinh: 05/05/1980 Nam/ Nu: Nam

HQc ham, hQc vi: Ti6n sy

Chuc danh khoa hQc: NCVC Chuc V\I

Bi~n tho(li: T6 chuc: 028.38222263 Nha rieng: 028.38459192 Mobile: 0902345378

Fax: E-mail: nhduy@iams.vast.vn

Ten t6 chuc dang cong tac: Vi~n Cong Ngh~ H6a HQc

Dia chi t6 chuc: S6 IA, Duong TL29, P Th(lnh L<)c, Q.12, TP.HCM

Dia chi nha rieng: 326/1 Phan Dinh Phung, P.1, Q Phu Nhu?D, TP.HCM

3 T6 chll'C chii tri nhifm vy:

Ten t6 chuc chu tri nhi~m vv: Vi~n Cong Ngh~ H6a HQc

Di~n tho(li: 028.38222263 Fax: 028.38293889

E-mail: vanthu@ict.vast.vn

Website: ict.vast.vn

Dia chi: S6 IA, Duong TL29, P Th(lnh Q.12, TP.HCM

HQ va ten thu tru6ng t6 chuc: PGS.TS Hoang Thi Kim Dung

sti tai khoan: 3713.0.1056839.00000

Kho b(lc: Kho b(lc Nha nu&c Qu?fl I, Tp.HCM

Ten ca quan chu quan d~ tai: Vi~n Cong Ngh~ Hoa HQc

II TiNH HINH TH{/C Hil):N

1 Thiri gian thl}'c hifn nhifm vy:

- Theo Hqp d6ng da ky k6t: 24 thang tu thang 12 ni\rn 2019 d~n thang 12 ni\rn 2021

- Th\l'c t~ th\l'c hi~n: 30 thang tu thang 12 niim 2019 d~n thang 06 niim 2022

- E)uqc gia h(ln (n6u c6):

- Lfin I tu thang 12 niim 2021 d6n thang 06 niim 2022

2 Kinh phi va sfr d\Jng kinh phi:

a) T6ng s6 kinh phi th\fc hi~n: 2340 tr.d, trong do:

+ Kinh phi h6 trq tu ngiln sach khoa h9c: 2340 tr.d

+ Kinh phi tu cac ngu6n khac: 0 tr.d

b) Tinh hinh cip va sir d11ng kinh phi tu ngu6n ngiln sach khoa h9c:

S6 Thai gian Theo ki /1oac/1 Kinh phi Thai gian Thtrc il ilat i/u·(J'c Kinhphi (Sa4J Ghichu nghi

TT (Thang, nam) <Tr.d) (Thang, nam) (Tr.d) auvet /oan)

c) K€t qua sir di,mg kinh phi theo cac khoim chi:

Dai vui i/J tai:

Dem vi Im : 'hT.'a! ril;u on~

-Ly do thay d6i (n€u co):

D6i vui d!r tin:

Dem vi tinh· Tri¢u i16ng

S6 Ni)idung Theo kl ho9c/1 T/1,p: ,l il{lt i/U'{YC

TT ctic k/,oiin chi Tong NSKH Nguon Tong NSKH Nguon

p

r

)

,:,;:

m6i, cai tao

3 Kinh phi hi\ trQ' cong

- Ly do thay d6i (neu c6 ):

3 Cac van ban hanh chinh trong qua trlnh thgc hi~n ai tai/dg an:

(Lfit ke ~ac quydt djnh, van ban czia ca quan quan ly tu c6n[, doc;,n xet duy¢t, phe _duy¢t kinh phi, lu/p dong, dieu chinh (thlli gian, n9i dung, kinh phi th11c hi¢n neu co); viin ban czia to chuc chu tri nhi¢m

V!I (dan, kidn ngh/ di€u chinh ndu c6)

sa SJ, thin gian ban hanh viin

Ghichu

1 1292/QD-SKHCN, Phe duy~t nhi~m V\l khoa hQc va cong

2 01/TTr-CNHH, 06/01/2020 Phe duy~t ke hO!l-Ch !µa chQn nha thAu

3 191/CNHH, 24/11/2021 Gia h!l-n bao cao nghi~m thu

4 3088/SKHCN-QLKH, Gia h!l-n thµc hi~n nhi~m V\l khoa hQc

6 115/QKHCN-HCTH, 06 nghi n9p h6 so nghi~m thu nhi~m

12/04/2022 V\I khoa hQC va cong ngh~

7 42/QD-CNHH, 10/5/2022 Thanh l~p t6 chuyen gia nghi~m thu

quy trinh nghien cfru nhi~m vu KHCN c~p So Khoa hQc va Cong ngh~ Thanh ph6 H6 Chi Minh

8 83/CNHH, 27/05/2022 Cong v1\Jl d6 nghi nghi~m thu Vi~n

CNHH

4 TB chtrc ph&i hQ'P thl_l'c hi~n nhi~m vy:

sa Ten to c/1u·c Ten to chfrc dii Npidung Sanphiim

diing ky theo tham gia lhlfC tham gia c/11i chuy€u il~t Ghi chu*

5 Ca nhan tham gia th.,c hiin nhiim vy:

(Ngu&i tham gia th11c hifn aJ tai thu9c 16 chuc chu tri va ca quan ph6i h(!JJ, kh6ng qua 10 ngu&i

ki ca chu nhiem)

S6 iliing Ten cti ky nhiin theo Ten ilii tl1am gia cti n/1iin Npi dung tham Siin pl1lim chii yiu il9t Ghi

Mo phong, tf>ng KSt qua mo phong cilu true thanh nano hqp va d(ic tinh InGaN/GaN

I Nguy~n Hoang Nguy€n Hoang mangAAO,

KSt qua mang AAO v6i

tinh quang va be day khac nhau di~n Tinh chilt quang cua linh

kien LED InGaN/GaN

Mo phong, khao

KSt qua mo phong cdu sat d(ic tinh be

Pham Cao Pham Cao mat va du true true thanh nano

Thanh Tung Thanh Tung

sat d(ic tinh Tinh chdt quang cua linh quang cua thiSt ki~n LED InGaN/AIGaN

bi

KSt qua mo phong cdu

Mo phong, tf>ng true thanh nano InGaN/GaN v6i lop EBL hqp va d(ic tinh GaN

3 D6 M(lnh Huy 06 M(lnh Huy mangAAO, KSt qua mang AAO v6i

khao sat d(ic tinh quang cua duong kinh khac nhau thiSt bi Tinh chdt quang cua linh

ki~n LED InGaN/GaN v6i l&p EBL GaN Che t(lo wafer

In,Ga1.,N du

Linh ki~n LED thanh Nguy~n Ph(lm Nguy~n Ph(lm true nanowire,

4 Trung HiSu Trung HiSu

kh~o sat hi~u nano InGaN/(Al)GaN co suat phat quang va khong co lop EBL cua linh kien

Tong hgp va d(ic tinh mang

KSt qua mang AAO v6i AAO, khao sat

anh huong cua m~t d9 16 khac nhau

5 Cu Thanh San Cu Thanh San mimgAAOdSn Tinh chdt quang cua linh

hi~u sudt phat ki~,n InGaN/GaN dugc qu\lllg va tinh che t(lo thong qua AAO chat quang cua voi m~t d9 16

linh kien Khao sat d~t KSt qua mo phong cdu tinh quang va true thanh nano

6 TiSn Ph(lm Minh TiSn Ph11m Minh di~n cua thiSt lnGaN/GaN voi lop EBL

bi, khao sat d9 AIGaN tan nhi~t cua KSt qua mo phong du linh ki~n true thanh nano

Mo phong, khao sat d~c tfnh dien, d~c tfnh qu~g vahieu suiit phat quang cua Iinh kien

Khilo sat d~c tfnh cilu true va tfnh chilt quang cua linh ki~n InGaN, khao sat

dQ ,f>n djnh v~

chat lm;mg mau si!c v6i cac di~u kien dong di~n khac nhau Che t1,10 den LED, khao sat d~c tfnh dfui di~n vii cuimg

dQ sang cua den LED

Khao sat dllc tfnhdu tn\c mangAAOva tfnh chfit quang cualnGaN, khao sat d~c tfnh dfin di~n va cuimg dQ sang cila den LED Thi€t k~ h~ tf>ng hgp mang

InGaN/GaN v6i chi~u dai khac nhau

Tfnh chAt quang cua linh ki~n linh ki~n

InGaN/GaN v6i lop EBL AIGaN

K€t qua mo ph6ng b~ day vimg ho?t dQng thanh nano lnGaN/GaN Tfnh chilt quang cua linh kien LED thanh nano InGaN/GaN v6i b~ day vung ho1,1t dQng khac nhau

K€t qua mo phong b~ day vung hoi.it thanh nano InGaN/AIGaN Tinh chfrt quang cua linh kien LED thanh nano InGaN/AIGaN v6i b~

day vung hoi.it dQng khac nhau

K€t qua mo phong M day lop QB cila thanh nano lnGaN/GaN khac nhau;

Tfnh chilt quang cua linh kien thanh nano

InGaN/GaN v6i b~ day lop QB khac nhau

Tfnh chdt quang cila Iinh kien thanh nano

InGaN/GaN dugc ch€ 11,10 thong qua AAO

0Q l~p l?i du true xf>p cuamangAAO Tfnh chilt quang cila linh ki~n thanh nano

InGaN/AIGaN dugc ch€

l?O thong qua AAO

K€t qua mo ph6ng cdu true thanh nano

j

\{

J(

j j

AAO, khao sat lnGaN/AIGaN v6i chieu d(> 6n dinh cua dai khac nhau

den Tinh chlit quang cua Iinh

kien thanh nano lnGaN/GaN dt1Q'C chi\ t\lO

thong qua phmmg phap ng,u nhien

T 6ng hQ'P mang AAO, khao sat Tinh chlit quang cua linh

13 Nguy~n Thi Nguy~n Thi anh h116ng cua kien thanh nano

Thanh Thuy Thanh Thuy mangAAOd.\n lnGaN/ AIGaN dt1Q'C chi\

tinh chiit phat t~o thong qua phuong quang cua linh phap ng!u nhien kien

Khao sat d~t Bao cao k€\ qua ve mang tinh be m~t va

du true thitit bi, AAO v6i be day khac

14 Eloim Thi Eloim Thi khao satimh nhau

Tuy.it Tuy.\t h116ng cua dien K.\t qua ve tinh chit

tich den d.\n qu~ng cua linh kien dtJQ'C tinh chdt phat che t~o thong qua AAO nuane cua den v6i be day khac nhau

Bao cao k.\t qua ve mo Khao sat d~t phong linh kien

15 Nguy8nMinh Nguy8nMinh tinh quang va

lnGaN/GaN

Ty Ty dien, khao sat Ktit qua ve tinh chit

d(> 6n dinh cua qu~g cua linh kien dt1Q'C den che t~o thong qua AAO

v6i ducmo kinh khac nhau Bao cao k€t qua ve mo Khao satdllt phong linh kien

Le Thanh Le Thanh tinh quang ·va lnGaN/AIGaN

16 Quang Quang d(> i\n djnh cua dien, khao sat Ktit qua ve tinh chit

qu~g cua linh ki~n dt1Q'C den che t~o thong qua AAO

v6i mat do 13 khac nhau Bao cao k€t qua ve mo Thi.it kt\ he t6ng ph<ing linh kien Nguy8n Minh Nguy8n Minh hQ'P mang

JnGaN/GaN c6 lap EBL

17 Nhll Nhll AAO, khao sat (Al)GaN

d(> i\n djnh cua Ktit qua v~ tinh ch§t den qu~ng cua linh kien dt1Q'C

che !\lo thong qua phuong nhao ne~u nhien

- Ly do thay d6i ( n.\u c6 ):

6 Tlnh hlnh hQ'P tac qu6c t~:

st;

TT

Theo ke ltopc/1 ThlfC le dpt iJU"f/C

(N(ii dung, thai gian, kinh phi, iJia (N(ii dung, thai gian, kinh phi, dia Ghi chu* aidm, ten 16 chuc hr,;: tac, s6 aidm, ten 16 chuc h tac, s6

doan, so lur.rnf! nf!U<Ji tham f!ia ) doan, so lur;Jnf! nf!U<li tham f!ia .)

I

2

" '

- Ly do thay d6i (n~u c6):

7T m hh' h m to c trc h' h" h' h" h' IOI t ao, !Ill ne:111:

SD Theo ke hO{lCh Thvc le il{lt illl'(J'C

TT (N6i dung, thai gian, kinh phi, dia (N6i dung, thai gian, kinh Ghi chu*

I

2

"'

- Ly do thay d6i (n~u c6 ):

8 Tom tlit cac nqi dung, cong vifc chu y~u:

(Neu ((Ii m!JC 15 cua thuyit minh, khong baa g6m: H6i thew khoa h9c, aidu Ira khtio sat trong

nu&c vii nuac ngoai)

SD

TT

Ctic n9i dung, cong vi?c

chuy/11 (Cac m6c danh gia chu yiu)

Thuigian

(Bdt dliu, kit thuc

- thani nam)

Theo ke Thµc te ho?ch d?tduqc

Nqi dung 1: Thi~t k~ va mo phong du

01/2020-truc thanh nano cho den LED phat du 05/2020

mau (red/green/blue) voi hi~u sudt

04/2020

01/2020-phat quang cao sir di.mg phfui m~m

CROSSLIGHT APSYS:

I.I Sir d\lng du true core-shell

JnGaN/GaN d~ giam hu hong tren h~

m~t thanh nano LEDs ciing nhu lam

tang kha nang k~t hqp phat quang giua

di~n tu va 16 trong a vimg phat quang

1.2 Sir di,mg cdu true core-shell

JnGaN/AIGaN d~ giam hu hong tren

h~ mat thanh nano LEDs ciing nhu lam

tang kha nang k~t hqp phat quang giua

di~n tu va 16 trong o vung phat quang

1.3 Sir d\lng lop ngan ch~n di~n tir

GaN o sau vimg phat quang, d~ ngan

cMn sµ ro ri electron ra khoi vimg

ph~t quang lam tang hi~u sudt phat

quang hen trong duc,,c tang len

1.4 Sir d\lng lop ngan cMn di~n tu

AIGaN a sau vung phat quang, d€

ngan ch~n sµ ro ri electron ra khoi

vung phat quang lam tang hi~u sudt

phat quang hen trong duc,,c tang len

Nguui, cO'quan thuchien

Nguy~n Hoang Duy,

£>6 M?nh Huy,

Le Thanh Quang, Vi~nCNHH Ph~ Minh Ti~n Vi~n, V~t Ly-HCM Ph?In Kim NgQc,

Truong E>HKHTN

2 Nqi dung 2: Nghien ciru mo phong 03/2020 - 03/2020 - Nguy~n Hoang Duy,

d~c tinh cua LED d u true thanh nano

~I

N

H

3

4

v6i nhi~u kich thu6c khac nhau

2.1 Mo phong ducmg kinh cac thanh

nano

2.2 Mo phong khoang each gifra cac

thanh nano

2.3 Mo phong chi€u dai cua cac thanh

nano InGaN/GaN core-shell

2.4 Mo phong chi€u dai cua cac thanh

nano lnGaN/AIGaN core-shell

2.5 Mo phong b~ day cua cac lop trong

c!u true InGaN/GaN vii Mm lm;mg In

pha ti;ip

2.6 Mo phong b€ day cua cac lop trong

c!u true InGaN/AIGaN va ham Im.mg

In pha ti;ip

N{li dung 3: T6ng h\JP mang AAO

3.1 T6ng h\JP mimg AAO bk~

phuong phap di~n h6a hai lfin v6i be

day khac nhau

3.2 T6ng h\JP mang AAO b~ng

phuong phap di~n h6a hai lfui v6i

ducmg kinh va m~t d{> 16 khac nhau

3.3 D~c tinh mang AAO qua phuong

phap phan tich AFM

3.4 D~c tinh mang AAO qua phuong

phap phan tich FESEM

05/2020 06/2020

04/2020 - 05/2020 08/2020 09/2020

-Nqi dung 4: Phat tri€n du true thanh 06/2020 - 08/2020

-nano III-nitride phat anh sang xanh l\lc 10/2020 11/2020

(green light)

4.1 Sir d\lilg mang AAO v6i b€ day

khac nhau lam m~t ni;i cho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/GaN tren

d€ silic

4.2 Sir d\lng mimg AAO v6i ba day

khac nhau lam m~t ni;t cho qua trinh

phat trien thanh nano InGaN/AIGaN

tren d€ silic

4.3 Sir d11ng mang AAO v6i ducmg

kinh 16 x6p khac nhau lam m~t ni;i cho

qua trinh phat trien, thanh nano

InGaN/GaN tren de silic

4.4 Sir d\lng mang AAO v6i ducmg

kfnh 16 x6p khac nhau lam m~t ni;i cho

qua trinh phat trien th!11111 nano

InGaN/AIGaN tren de silic

4.5 Sir d1mg mimg AAO v6i m~t d{> 16

khac nhau lam m~t n\j cho qua trinh

phat trien thanh nano InGaN/GaN tren

Phi;im Cao Thanh Tung,

Trfui B{>i An, NguySn Minh Nha, NguySn Minh Ty, Vi~nCNHH Vii Hoang Nam, Trucmg DHKHTN;

Le H6ng Phuc Vi~n

V~tLy-HCM

NguySn Hoang Duy, D6 Mi;tnh Huy, Doan Thi Tuy€t, NguySn Minh Nhii, Vi~nCNHH

Cu Thanh Son, Vi~n KHVLUD;

D6 Thanh Sinh, TTNCTKCNC

NguySn Hoang Duy, NguySn Phi;im Trung Hi€u,

NguySn Minh Ty,

Le Thanh Quang, Vi~nCNHH Phi;im Minh Ti€n,

Le H6ng Phuc, Vi~n V~t ly-HCM Truong Hiru Ly, TTNCTKCNC Vii Hoang Nam, Trucmg DHKHTN

.r

de silic

4.6 Su d1mg mimg AAO v6i m~t 16

khac nhau lam m(lt n(I cho qua trinh

phat tri~n thanh nano InGaN/AIGaN

tren de silic

5 N,}i dung 5: Phat tri~n du true thanh 07/2020- 09/2020- Ph\lffi Cao Thanh nano III-nitride phat anh sang xanh 11/2020 01/2021 Tung,

5.1 Su d1mg mang AAO v6i b~ day Nguyen Ph<!,m Trung khac nhau lam m(lt na cho qua trinh Hieu,

phat tri€n thanh nano I~GaN/GaN tren

5.3 Su d11ng mang AAO v6i duang Vi~nKHVLUD kinh 16 xf>p khac nhau lam m(lt n(I cho 06 Thanh Sinh, qua trinh phat tri€n thanh nano Truong Hihl Ly, InGaN/GaN tren de silic

5.4 Su d11ng mang AAO v6i duang

kinh 16 xf>p khac nhau lam m(lt n(I cho

qua trinh phat tri~n thanh nano

InGaN/AIGaN tren de silic

TTNCTKCNC

5.5 Su d1mg mang AAO v6i m~t 16

khac ~au lam m(lt n(I cho qua trinh

phat trien thanh nano InGaN/GaN tren

de silic

5.6 Su d11ng mang AAO v6i m~t 16

khac nhau lam m(lt n(I cho qua trinh

phat tri8n thanh nano InGaN/AIGaN

6.2 Su d11ng mang AAO v6i b~ day Ph(Ull Kim NgQc, khac nhau lam m(lt n(I cho qua trinh Truang DHKHT phat tri8n thanh nano InGaN/AIGaN 06 Thanh Sinh,

6.3 Su d11ng mang AAO v6i du/mg

kinh 16 xf>p khac _nhau lam m(lt n(I cho TTNCTKCNC qua trinh phat trien thanh nano Nguy~n Thi Thanh

kinh 16 xf>p khac nhau lam m(lt n(I cho

7

8

qua trinh phat trien thanh nano

InGaN/AIGaN tren dS silic

6.5 Sir d1mg mang AAO v&i m~t di;, 16

khae nhau lam m~t n(I eho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/GaN tren

d6silic

6.6 Sir d\mg mang AAO v&i m~t di;, 16

khae nhau lam m?t n(I eho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/AIGaN

tren dS silic

Nqi dung 7: Phat tri€n du true thanh

nano III-nitride phat anh sang tr~g

7.1 Sir di,mg mang AAO v&i bS day

khae nhau lam m~t n(I eho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/GaN tren

dS silic

7.2 Sir d1mg mang AAO v&i b€ day

khae nhau lam m?t n.;i eho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/AIGaN

tren dS silie

7.3 Sir d\lng mang AAO v&i dm:mg

kinh 16 xf>p khae nhau lam m?t n.;i eho

qua trinh phat tri€n thanh nano

InGaN/GaN tren dS silic

7.4 Sir di,mg mang AAO v&i ducmg

kinh 16 xf>p khae nhau lam m~t n.;i eho

qua trinh phat tri€n thanh nano

InGaN/AIGaN tren dS silie

7.5 Sir d\lng mang AAO v&i m~t di;, 16

khae nhau lam m~t n.;i eho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/GaN tren

dS silie

7.6 Sir d\mg mang AAO v&i m~t di;, 16

khae nhau lam m~t n.;i eho qua trinh

phat tri€n thanh nano InGaN/ AIGaN

tren dS silic

03/2021

10/2020-Nqi dung 8: Ch€ t.;io den LED phat

12/2020-anh sang x12/2020-anh duan_g dµa tren du true 05/2021

thanh nano InGaN t6i uu

8.1: Phu lap polyimade, djnh d.;ing

LED phat anh sang mau xanh lam v&i

di~n tieh khae nhau

8.2: Dinh d.;ing di¢n eµe am duang vii

m.;ieh di~n eho LED

8.3: D?e tinh di~n cua LED nhu 1-V vii

ELS

8.4: D?e tinh v8 di;> tin c~y cua LED

nhu nilng lui;mg anh sang thoat ra,

lifetime, vii hi~u (mg nhi~t

Tung,

07/2021

04/2021-Le Thanh Quang, NguySn Minh Nha, NguySn Minh Ty, Vi~nCNHH

Cu Thanh San, Vi~nKHVLUD Ph(lm Kim Ng9e, Trucmg DHKHTN Ph(lm Minh TiSn, Le

HiingPhtie, Vi~n V~t ly-HCM

06 M.;inh Huy NguySn Hoang Duy Trfu!Bi;,iAn

Doan Thi Tuy€t, Vi~nCNHH Vil Hoang Nam, Trucmg DHKHTN

06 Thanh Sinh, TTNCTKCNC Nguy~n Thi Thanh Thuy, Vi~n KHVLUD

9 Nqi dung 9: Ch~ t,io den LED phat

anh sang xanh l\lc d\la tren du true

thanh nano lnGaN t6i uu

9.1: Phil lap polyimade, djnh ds1J1g

LED phat anh sang mau xanh l\lc v&i

dien tich khac nhau

9.2: E)jnh d~ng dien C\IC fun duang vii

m~ch dien cho LED

9.3 : 0?c tinh di~n cua LED nhu 1-V va

ELS

9.4: 0?c tinh v~ d9 tin c~y cua LED

nhu nl!ng lm;mg anh sang thoat ra,

lifetime, vii hieu ung nhiet

Nqi dung 10: Ch€ t,to den LED phat

anh sang d6 d\la tren du true thanh

nano lnGaN t6i uu

I 0.1: Phil lap polyimade, djnh ds1J1g

LED phat anh sang milu xanh ]\JC v&i

dien tich khac nhau

I 0.2: 0jnh ds1J1g dien C\fC am duang va

m~ch ctien cho LED

10.3: Di;ic tinh ctien cila LED nhu 1-V

vaELS

I 0.4: 0?C tinh v~ d9 tin C?Y cua LED

nhu nl!ng luqng anh sang thoat ra,

lifetime, vii hieu ung nhiet

Nqi dung 11: Ch€ t~o den LED phat

anh sang trAn~ d\fa tren du true thanh

nano lnGaN tcii uu

I I.I : Phu lap polyimade, djnh d~ng

LED phat anh sang mau xanh l\lc v&i

di~n tich khac nhau

11.2: 0jnh d~ng di~n C\IC fun duang vi,

m~ch di~n cho LED

11.3: 0?c tinh di~n cila LED nhu 1-V

vaELS

11 4: 0?c tinh v~ d9 tin c~y cila LED

nhu nl!ng luqng anh sang thoat ra,

lifetime, vii hi~u ung nhi~t

N(H dung 12 Bao cao t6ng k~t

- Ly do thay d6i (n€u c6):

III SAN PHAM KH&CN CUA NHitM V\J

I San phim KH&CN di\ t~o ra:

08/2021

03/2021- 10/2021

05/2021- 11/2021

07/2021- 12/2021

10/2021-05/2021- Nguy~n Hoang Duy, 09/2021 Le Thanh Quang,

Nguy~n Minh Nhii, Nguy~n Ph~m Trung Hi~u,

TrdnB9iAn, Vi~nCNHH Ph~ Minh Ti~n Vien V~t ly-HCM Tuong Hirn Ly, TTNCTKCNC

10/2021- Nguy~n Hoang Duy, 01/2022 06ManhHuy,

Ng_uy~n Ph~ Trung Hieu,

Nguy~n Minh Ty,

Nguy€n Minh Nha, VienCNHH Vii Hoang Nam, Truong DHKHTN

06 Thanh Sinh, TTNCTKCNC

12/2021- Nguyen Hoang Duy, 03/2022 Ph~ Cao Thanh

Tung, TrdnB9i An,

Le Thanh Quang, Nguy€n Minh Ty,

Vi~nCNHH

Cu Thanh San, VienKHVU.lD

Le H6ng Philc, Vi~n V?tly-HCM

04/2022- Nguy€n Hoang Duy, 05/2022 Ph~ Cao Thanh

Tung, Vi~nCNHH

a) San phAm D1mg I:

TT lieu chat lr¥(111g c/11i ylu vi lr¥(1ng

do

1 30 microLED phat anh Cai 01

sang xanh duong tren d€

2 30 microLED phat anh Cai 01

sang xanh l\lC trend€ 1.0

3 30 microLED phat anh

sang d6 tren tren d€ 1.0 Cai 01

4 30 microLED phat anh

sang trfulg tren d€ 1.0 Cai 01

lOOxlOO µm 2 lOxlO µm 2

Bu6c s6ng: 430 nm Bu6c s6ng: 430 nm P,;n8: 8.95 mW P,;n8: 4.18 mW H,ang: 18.05 lm/W H,;n8: 12.35 lm/W

T: 14.6 µs T: 14.2 µs

30 microLEp phat anh sang trang 30 microL~D phat anh sang !rang Kich thu6c: Kich thu6c:

IOOxlOO µm 2 lOxlO µm 2

Bu6c s6ng: 650 Bu6c song: Psang: 2.82 mW 650

450-H,ang: 10.27 lm/W P,;n8: 1.25 mW l,;n8: 912xl0 6 cd/m 2 H,;n8: 7.26 lm/W T: 14.8 µs l,;n8: 643x I 0 6 cd/m 2

b) San ohfim Dan<> II :

s& Tensanpht1m

TT

Quy trinh cong ngh~ che t~o

l microLED kich thucrc tir

1 Bai bao quoc te

- Ly do thay doi (nSu c6):

d) KSt qua dao l?O:

Theo Th\IC le (T!Jp chi, nha xudt

kS hoach dat duO'c bani

Solidi(a), Wiley Micromachine, MDPI

Clip tliw tpo, Chuyen nganh

TT tlao l{IO Theo kS ho?ch Thµc tS d?t duqc (Thai gian kit

thucJ

I Th?c sy 01 02 Da bao v~ 12/2021 va 01/2022

- Ly do thay d6i (nSu c6):

d) Tinh hinh dang ky bao h(\ quy€n scr huu c6ng nghi~p:

kS hO?Ch d?t duqc Scr huu tri tu? ve cong ngh? che ChAp nh(in don

l?O microLED cdu true thanh

1 nano kh6ng dung lap bfry di~n 01 01 Sil Don

1-2021-tu biin~ kv thu(it MBE 00535, 12/11/2021 Scr huu tri tu? v€ cong ngh? chS ChAp nh(in don

2 l?O microLED b1ing ky thu(it 01 01 Sil Don MBE va SU' d\lng mang AAO 06317, 04/11/2021

1-2021 Ly do thay d6i (nSu c6 ):

e) Thilng ke danh ID\JC san phdm KHCN da duqc ung d\lng vao thµc tS

Thiligia11 (Ghi ro ten, ilia

TT ilii ilir(J'C 1r11g th.mg chi nai irnQ dunQ) SO'bp

I

2 Danh gia vi hi~u qua do nhifm vy mang lfi:

a) Hi~u qua v€ khoa hQc vii cong ngh~:

(Neu ro danh m1,1c cong ngM va muc a9 ndm viing, lam chu, so sanh vai trinh a9 cong ngM

so vai khu VlfC va ,hi giai .)

Eli6t ban dful lnGaN (light emitting diode, lnGaN-LED) sc, huu nhi€u tinh chftt 1JU vi~t nhu

cu/mg d(> quang, d(> b€n co hQc, tu6i thQ cao va dm;rc xem la nguf>n sang cila thS ky 21 Thj

tnrimg LED toan d.u da d~t 30 ty USO nAm 2017 v6i tbc d(> !Ang tnr6ng hang nAm hon 20%

Trang d6 thi phful dung LED lam den nSn cho cac thiSt bi di~n tir nhu tivi, may tinh va laptop,

u6c tinh khoang 30-40% V6i m11c tieu ma r(>ng irng d11ng cila lnGaN-LED trong cac linh V\IC

trinh chiSu thong minh nhu di~n tho?i di d(>ng, thiSt bj di?n tir deo cfun vii cong nghe th11c tS

ao (micro-display), nhiSu cong trinh nghien ciru giam kich thu6c den dSn micro met, tAng

hi?u suit phat sang vii d(> hoan mau ( color rendering index, CR!) da duqc th11c hi~n d11a tren

viit li~u Ill-Nitride thanh nano Cong ngh? hiSn thj microLED se la cong ngh? trinh chiclu kcl

ticlp thS h? man hinh LCD vii OLEO, v6i nhiSu uu diSm vuqt tr(>i nhu mau sAc trung th11c, g6c

nhin c11c r(>ng, tho-i gian phan h6i nhanh, d(> sang cao, va tieu th11 di?n nAng c11c thip NAm

2020, tiip doan Apple va Philips da san xuit thir notebook va tivi sir d11ng miniLED v6i kich

thu6c 100-300 µm NAm 2021 , tiip doan Samsung da ra mAt di?n tho~i thong minh sir d1mg .1

microLEO Theo d11 doan cila thi tnrimg toan cftu Zion vS LED thi cong ngh? microLEO se

phat triJn rit nhanh va d11 kiSn se d?t khoang 21.129 tri~u USO vao nAm 2025 v6i tbc d(> tAng

tru6ng hang u6c tinh khoang 86,4%, tu niim 2019 dSn nAm 2025 Tuy nhien, quy trinh san

xuit phirc ~P va chi phi dAt d<i la nguyen nhiin chil ySu h~ chS S\l ph6 bicln cila cong ngh~

micro-display Trang nhiem V\J nay, microLEO ciu true lnGaN hiSn thi nhiSu mau sAc v6i

hi~u suit quang cao duqc thiSt kcl d11a tren cac phful m€m mo ph<ing va duqc nghien ciru chS

t~o biing phuong phap chum phiin tu (molecular beam epitaxy, MBE) su d1mg mang nhom

oxit (AAO) gia thanh thfrp lam m~t n~ cho qua trinh phat triSn du true thanh nano JnGaN

San phfun nhi?m V\J la cac s& huu tri tu~ vii cac cong trinh cong b6 qubc tS vs cong ngh? chcl

t?O microLED, hira h~n irng d\lDg cho man hinh hiSn thi thong minh v6i d(> phiin giai cao va

gia thanh hqp ly

b) Hi~u qua vJ kinh tS xii h(>i:

(Neu ro hifu qua lam /(Ji tinh bdng tiin d11 kiin do nhifm v1,1 t(lo ra so vai cac san phtim cimg

lo(li tren thi tru&ng .)

Nhu c§u su d11ng cac thiSt bi quang di?n tir thong minh ngay cang cao, kilt qua nghien ciru cila

d~ tai la san phim microLEO d11a tren du true thanh nano lnGaN phat sang kha kicln hi?u suftt

cao thong qua ky thuii,t MBE va sir d\lDg mang AAO gia thanh thip Gdn day theo thong tin

cong ngh~ tren trang di?n tir Vnexpress thang 04/2021, Samsung sAp ban TV cong ngh?

microLEO m6i t?i Vi?t Nam v&i phien ban 99 inch gia 3 ty d6ng, 110 inch gia 3,45 ty d6ng va

146 inch gia 9 ty d6ng Thi truang trinh chiSu thong minh toan cdu dang phat triSn rftt nhanh

va du kiSn doanh thu Jen dSn hang tri?u USO viw nAm 2025, do d6 san phftm microLEO duqc

nghiSn ciru ch€ t?o tir Nhi?m V\J v6i chi thip hon, se la san phfun cong ngh? ti~m nAng va l<;ri

nhuii,n cao, g6p ph§n ming cao S\l phat tri~n kinh tS va ma r(>ng nhu c§u sir d11ng thiSt bi thong

minh cho nguo-i tieu dung Ngoai ra LED khong su d11ng thily ngiin nhu cac den huynh quang

truyJn th6ng, do d6 g6p phftn bao v? moi truimg va t~o khong gian xanh NSu nhi?m V\J duqc

ddu tu tiSp t11c cho san xm1t cong nghi?p thi san phdm microLED c6 th~ c~nh tranh v€ gia tu

3-5% so v6i cac san phftm cung lo~i tren th€ gi6i hi~n nay

3 Tlnh hlnh th\l"c hi~n chi d(i bao cao, kiim tra ciia nhi~m vy:

Bao cao giua ky 2020

Bao cao ti~n d{> 2021

Lftn 1

L~2

Bao cao cu6i ky

Chii nhi~m di tai

(H9 ten, chil' ky)

Nguy~n Hoang Duy

Tl,qi gian Gl,i c/11i

(Tom tilt k€t qua, kit /u~n chinh, nguui lhlfc hifn

chu tri )

cila LED phat anh sang xanh ducmg, xanh I11c va do v&i hi~u suiit quang t6i

lIU

25/ 11/2020 K~t qua ch~ ts10 va di).c tinh du true

mang nhom oxit (AAO) v&i b~ day, ducmg kinh va m~t d{> 16 khac nhau, 01/03/2021 K~t qua ch~ li!O linh ki~n LED thanh

nano phat anh sang xanh ducmg, xanh l11c va do b~ng phucmg phap ngdu nhien va phucmg phap djnh hu&ng qua mangAAO

29/06/2021 K~t qua ch~ ts10 linh ki~n LED thanh

nano phat anh sang trfulg bfulg phucmg phap ngdu nhien va phucmg phap dinh hu&ng qua mang AAO

K~t qua ch~ ts10 va danh gia chiit lm;mg microLED thanh nano phat anh sang xanh ducmg, xanh l11c va do

25/11/2021 K~t qua ch~ ts10 va danh gia chiit lugng

m!croLED thanh nano phat anh sang trang

Vi~t bao cao tbng k~t

true th~ nano, ½€t qua ch€ ts10 mang AAO, ket qua che ts10 linh ki~n thanh nano InGaN/AIGaN bfulg phucmg phap MBE su d11ng mang AAO, k€t qua ch€ ts10 va di).c tinh quang di~n cila rnicroLED

Thu trmmg t6 chu-c chu trl

i

Mục lục

Mục lục i

Danh mục các bảng iii

Danh mục hình ảnh iv

Danh mục từ viết tắt xi

MỞ ĐẦU 1

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Vật liệu bán dẫn III-nitride 3

1.2 Phương pháp bottom-up trong chế tạo linh kiện III-nitride thanh nano 4

1.3 LED kích thước micro mét (microLED) 9

1.4 Màng nhôm xốp (anodic alumina oxide) 14

1.4.1 Quá trình anốt hóa hai lần 14

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và cấu trúc màng AAO 15

1.4.3 Một số ứng dụng của màng AAO 18

2 THỰC NGHIỆM 19

2.1 Mô phỏng 19

2.1.1 Chương trình mô phỏng 19

2.1.2 Mô phỏng cấu trúc thanh nano InGaN/(Al)GaN core-shell 24

2.1.3 Tối ưu bề dày vùng hoạt động của thanh nano 25

2.1.4 Tối ưu đường kính và khoảng cách giữa các thanh nano 26

2.1.5 Tối ưu chiều dài thanh nano 27

2.2 Chế tạo linh kiện thanh nano III-nitride phát triển ngẫu nhiên trên đế silic 29 2.3 Quy trình chế tạo màng nhôm oxit (AAO) 32

2.4 Ứng dụng màng AAO chế tạo linh kiện thanh nano InGaN/AlGaN 35

2.5 Quy trình chế tạo microLED 37

2.6 Phương pháp phân tích 42

2.6.1 Phân tích hình dạng, cấu trúc và tính chất quang của vật liệu 42

2.6.2 Phân tích tính chất quang-điện của microLED 42

ii

3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 47

3.1 Mô phỏng 47

3.1.1 Cấu trúc thanh nano InGaN/(Al)GaN 47

3.1.2 Bề dày vùng hoạt động 54

3.1.3 Đường kính và khoảng cách giữa các thanh nano 56

3.1.4 Chiều dài thanh nano 57

3.2 MicroLED với thanh nano phát triển ngẫu nhiên 62

3.2.1 MicroLED phát ánh sáng xanh dương 62

3.2.2 MicroLED phát ánh sáng xanh lục 65

3.2.3 MicroLED phát ánh sáng đỏ 66

3.3 Màng nhôm oxit 68

3.3.1 Quá trình hình thành màng nhôm oxit (AAO) 68

3.3.2 Ảnh hưởng của chất điện ly và điện thế 69

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian anode lần 2 70

3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian mở rộng lỗ xốp 71

3.4 MicroLED với thanh nano phát triển sử dụng màng AAO 73

3.4.1 MicroLED phát ánh sáng xanh dương 73

3.4.2 MicroLED phát ánh sáng xanh lục 78

3.4.3 MicroLED phát ánh sáng đỏ 81

3.4.4 MicroLED phát ánh sáng trắng (W-LED) 85

KẾT LUẬN 91

KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC 100

iii

Danh mục các bảng

Bảng 1.1: Ba loại axit thông dụng trong điều chế màng AAO 15

Bảng 2.1: Các thông số mô phỏng cho phần mềm APSYS 21

Bảng 2.2:Các thông số mô phỏng cho phần mềm FDTD 23

Bảng 2.3: Cấu trúc 12 LED thanh nano với chiều dài khác nhau 28

Bảng 2.4: Hóa chất sử dụng trong quá trình chế tạo thanh nano InGaN/AlGaN 30 Bảng 2.5: Hóa chất sử dụng trong quá trình chế tạo màng nhôm oxit 32

Bảng 2.6: Thông số nhiệt độ phát triển thanh nano InxGa1-xN/AlGaN 33

Bảng 2.7: Thông số nhiệt độ phát triển thanh nano InxGa1-xN/AlGaN sử dụng màng AAO 36

Bảng 2.8: Hóa chất sử dụng trong quá trình chế tạo microLED 37

Bảng 2.9: Các thiết bị trong quá trình chế tạo microLED 40

Bảng 2.10: Các thiết bị phân tích hình dạng, cấu trúc và tính chất quang 42

Bảng 2.11: Các thiết bị phân tích tính chất quang-điện cho microLED 43

Bảng 3 1: Tóm tắt các thông số quang-điện mô phỏng của các B-LED 50

Bảng 3 2: Tóm tắt các thông số quang-điện mô phỏng của các G-LED 52

Bảng 3 3: Tóm tắt các thông số quang-điện mô phỏng của các R-LED 53

Bảng 3 4: Ảnh hưởng của thế áp đến đường kính, khoảng cách và mật độ lỗ 70

Bảng 3 5: Ảnh hưởng của thời gian anode lần 2 đến bề dày màng AAO 71

Bảng 3 6: Ảnh hưởng của thời gian PW đến đường kính lỗ của màng AAO 72

Bảng 3 7: So sánh thông số quang điện của B-LED 77

Bảng 3 8: So sánh thông số quang điện của G-LED 81

Bảng 3 9: So sánh thông số quang điện của R-LED 84

Bảng 3 10: Thông số quang của W-LED khi tăng dòng điện áp 86

Bảng 3 11: Thông số quang điện của các microLED 89

175 nm, (d) 196 nm, (e) 237 nm, và (f) 270 nm; (B) Đồ thị diễn tả sự phụ thuộc của thành phần In theo đường kính thanh nano; (C) Phổ PL của thanh nano với đường kính khác nhau 6 Hình 1.4: (a) Sơ đồ minh họa (b) Hình TEM của cấu trúc InGaN/GaN dot-in-a-wire được phát triển bằng kỹ thuật MBE trên đế Si (111), (c) Sơ đồ minh họa sự tràn điện tử trong cấu trúc thanh nano (d) Sơ đồ minh họa và (e) Hình TEM của

thanh nano dùng thêm lớp EBL p-AlGaN, (f) Hiệu suất lượng tử ngoại EQE của

linh kiện thanh nano với lớp EBL theo mật độ dòng điện 7 Hình 1.5 (a) Sơ đồ minh họa hiện tượng phát xạ bề mặt của thanh nano, (b) Phổ

EL của linh kiện kiện thanh nano, (c) Sơ đồ minh họa thanh nano cấu trúc shell, (d) Phổ EL của linh kiện kiện thanh nano cấu trúc core-shell, (e) Công suất quang của linh kiện thanh nano core-shell theo mật độ dòng điện 8 Hình 1.6: (a) Hình TEM và (b) Mapping TEM của thanh nano GaN chứa 10 lớp InGaN/AlGaN cấu trúc core-shell từng lớp; (b) Công suất phát ánh sáng của InGaN/AlGaN LED kích thước 500 m2 theo mật độ dòng điện 9 Hình 1.7: So sánh thiết kế cơ bản của màn hình LED và màn hình microLED 10 Hình 1.8: (A) So sánh sơ đồ cấu tạo màn hình OLED và microLED (B) Hiệu suất quang của InGaN microLED theo kích thước (C) Sơ đồ quy trình chế tạo InGaN microLED phát các màu khác nhau trên cùng một đế Si bằng phương pháp MBE 11 Hình 1.9: (a) Phổ EL của các microLED thanh nano InGaN/GaN trên đế Si theo từng bước chế tạo, (b) Phổ EL và các thông số CCT, CRI tương ứng của microLED 300×300 µm2 phát ánh sáng trắng khác nha 12

v

Hình 1.10: (a) Giản đồ màu CIE và (b) Phổ EL của các đèn microLED phát ánh sáng trắng khác nhau 12

Hình 1.11: Mô hình cấu trúc của (a) màng oxit nhôm (AAO) trên nền nhôm kim

loại và (b) hai lỗ xốp liền kề Ảnh SEM của màng AAO (c) bề mặt bên trên, (d) mặt cắt ngang cho thấy lớp rào chắn và (e) bề mặt bên dưới màng AAO (thước

đo 1 µm) 14 Hình 1.12: Sơ đồ thể hiện quá trình anốt hóa hai lần (a) tấm nhôm chưa xử lý bề mặt, (b) tấm nhôm sau khi xử lý bề mặt, (c) anode hóa lần 1, (d) loại bỏ lớp nhôm oxit lần 1, (e) anode hóa lần 2, và (f) mở rộng lỗ xốp 15 Hình 1.13: Đồ thị thể hiện sự liên hệ giữa loại dung dịch điện ly, điện thế áp dụng và khoảng cách giữa hai lỗ xốp trong quá trình anode hóa 16 Hình 1.14: Ảnh hưởng của dòng và thế lên quá trình anốt hóa 17 Hình 1.15: Sơ đồ sử dụng màng AAO làm khuôn trong quá trình tổng hợp vật liệu nano: (a) nanoholes arrays, (b) nanodot arrays, (c) nanopillar arrays, (d) nanowire arrays AAO 18

Hình 2.1: Quy trình tổng quát cho các mô phỏng sử dụng chương APSYS 20 Hình 2.2: Sơ đồ mô phỏng cấu trúc thanh nano core-shell (a) InGaN/GaN và (b) InGaN/AlGaN không có lớp bẫy điện tử (EBL) Cấu trúc thanh nano core-shell InGaN/GaN có lớp EBL (c) GaN và (d) AlGaN 24 Hình 2.3: (a) Cấu trúc mô phỏng 3D của LED thanh nano được sử dụng cho sự

mô phỏng FDTD, (b) cấu trúc lớp-lớp 2D của một thanh nano 26 Hình 2.4: Nhìn từ trên của cấu trúc mô phỏng LED thanh nano 27

Hình 2.5: Sơ đồ tóm tắt 12 LEDs với bề dày n-GaN LED1 đến LED4 là 150 nm,

LED5 đến LED8 là 200 nm, và LED9 đến LED12 là 250 nm trong khi lớp GaN thay đổi từ 20 nm to 150 nm 28 Hình 2.6: (a) Máy Veeco MOD GEN II MBE và (b) Sơ đồ hệ MBE chế tạo InGaN/GaN thanh nano 29 Hình 2.7: Quy trình chế tạo linh kiện thanh InGaN/AlGaN 31 Hình 2.8: Sơ đồ (a) và hệ thực nghiệm (b) chế tạo màng nhuôm oxit 32

vi

Hình 2.9: Quá trình hình thành màng AAO 33 Hình 2.10: Hình tấm nhôm 3 cm2 và khuôn anode được chụp từ Canon G7X 34 Hình 2.11: Màng AAO thu được sau khi loại bỏ đế nhôm 35 Hình 2.12: Sơ đồ các bước chế tạo microLED bao gồm (1) đế silic đã được phát triển nanowire InGaN/AlGaN, (2) phủ lớp polyimide và ăn mòn khô,(3) phủ lớp

kim loại Ni/Au và ITO trên lớp p tạo điện cực dương, (4) phủ lớp kim loại Ti/Au

ở mặt sau đế tạo điện cực âm 37 Hình 2.13: Ảnh SEM bề mặt linh kiện thanh nano sau quá trình ăn mòn (a) lần thứ 1 và (b) lần thứ 2 38 Hình 2.14: Hình chụp các dãy microLED sau khi đã được chế tạo điện cực với các kích thước khác nhau bằng (a) máy kỹ thuật số Canon GX7 và (b-d) kính hiển vi quang học 39 Hình 2.15: Hình chụp hệ phân tích tính chất quang cho linh kiện 44 Hình 2.16: Hình chụp và sơ đồ hệ đo tính chất quang-điện cho microLED 44 Hình 2.17: Hình chụp hệ đo công suất Psáng (W), hiệu suất quang Hsáng (lm/W), Thời gian đáp ứng T (s) và cường độ quang Isáng (cd/cm2) cho microLED 45

Hình 3.1: Kết quả mô phỏng (a) Phổ EL, (b) Đặc tính I-V, và (c) IQE của LED thanh nano In0.15Ga0.85N/AlGaN phát ánh sáng xanh dương 47 Hình 3.2: Kết quả mô phỏng (a) Phổ EL, (b) Đặc tính I-V, và (c) IQE của LED thanh nano In0.37Ga0.63N/AlGaN phát ánh sáng xanh lục 48 Hình 3.3: Kết quả mô phỏng (a) Phổ EL, (b) Đặc tính I-V, và (c) IQE của LED thanh nano In0.5Ga0.5N/AlGaN phát ánh sáng đỏ 48 Hình 3.4: Kết quả mô phỏng (a) Phổ EL, (b) Đường cong I-V và (c) IQE của LED thanh nano In0.15Ga0.85N/AlGaN với lớp EBL AlGaN 49 Hình 3.5: (a) Nồng độ điện tử, (b) Nồng độ lỗ trống và (c) Công suất phát sáng theo mật độ dòng của LED thanh nano In0.15Ga0.85N/AlGaN với lớp EBL AlGaN 50 Hình 3.6: Kết quả mô phỏng (a) Phổ EL, (b) Đường cong I-V và (c) IQE của LED thanh nano In0.37Ga0.63N/AlGaN với lớp EBL AlGaN 51

vii

Hình 3.7: (a) Nồng độ điện tử, (b) Nồng độ lỗ trống và (c) Công suất phát sáng theo mật độ dòng của LED thanh nano In0.37Ga0.63N/AlGaN với lớp EBL AlGaN 51 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng (a) Phổ EL, (b) Đường cong I-V và (c) IQE của LED thanh nano In0.5Ga0.5N/AlGaN với lớp EBL AlGaN 52 Hình 3.9: (a) Nồng độ điện tử, (b) Nồng độ lỗ trống và (c) Công suất phát sáng theo mật độ dòng của LED thanh nano In0.5Ga0.5N/AlGaN với lớp EBL AlGaN 53 Hình 3.10: (a)-(c) Hiệu suất lượng tử nội (IQE) và (d)-(f) Công suất phát sáng theo thứ tự B-LED, G-LED và R-LED với bề dày lớp QW khác nhau 54 Hình 3.11: (a)-(c) Hiệu suất lượng tử nội (IQE) và (d)-(f) Công suất phát sáng theo thứ tự B-LED, G-LED và R-LED với bề dày lớp QB khác nhau 55 Hình 3.12: Sự thay đổi LEE theo (a) bán kính và (b) khoảng cách của thanh nano cho các B-LED, G-LED và R-LED 56 Hình 3.13: Phổ EL và Giản đổ IQE của (a, d) B-LED, (b, e) G-LED và (c, f) R-LED 58 Hình 3.14: Đặc tính I-V (a1, a2), Công suất (b1, b2), và sự tái kết hợp bức xạ (c1, c2) của các LED xanh dương 59 Hình 3.15: Nồng độ điện tử (a1, a2), nồng độ lỗ trống (b1, b2), và sự tái kết hợp

bức xạ (c1, c2) của LED5 đến LED8 (sự thay đổi bề dày lớp p-GaN) và của LED3, LED7, LED11 (sự thay đổi bề dày lớp n-GaN) 60

Hình 3.16: Đặc tính dòng-thế (I-V) (a1, a2), Công suất quang (b1, b2), và sự tái

kết hợp bức xạ (c1, c2) của các LED5 đến LED8 (sự thay đổi bề dày lớp GaN), và LED3, LED7, LED11 (sự thay đổi bề dày lớp n-GaN) 62

p-Hình 3.17: Ảnh FESEM bề mặt linh kiện B-LED với đường kính trung bình của thanh (a) 35 nm, (b) 45 nm (c) 90 nm và (d) 110 nm 63 Hình 3.18: (a) Giản đồ XRD của thanh nano In0.15Ga0.85N/AlGaN, (b) Ảnh STEM vùng hoạt động của một thanh nano từ B-LED, Ảnh elemental mapping vùng hoạt động từ EELS cho thấy sự hiện diện của (c) N, In, Al và (d) In và Al 64

viii

Hình 3.19: (a) Phổ PL của các linh kiện B-LED với các đường kính thanh nano

khác nhau và (b) Phổ EL của đèn B-LED với kích thước 100100 m2 65 Hình 3.20: Ảnh FESEM bề mặt linh kiện G-LED với đường kính trung bình của thanh (a) 50 nm, (b) 95 nm và (c) 120-160 nm (d) Ảnh TEM và (e) STEM của một thanh từ G-LED 65 Hình 3.21: (a) Phổ PL của các linh kiện G-LED với các đường kính thanh nano khác nhau, (b) Phổ EL của đèn G-LED với kích thước 100100 m2 66 Hình 3.22: Ảnh FESEM bề mặt linh kiện R-LED với đường kính thanh nano khác nhau (a) 95 nm và (b) 120-200 nm 67 Hình 3.23: (a) Phổ PL của các linh kiện R-LED với các đường kính thanh nano khác nhau, (b) Phổ EL của đèn R-LED với kích thước 100100 m2 67 Hình 3.24: Hình FESEM mô tả quá trình hình thành màng AAO 68 Hình 3.25: Hình FESEM bề mặt màng nhuôm oxit sử dụng chất chất điện ly khác nhau (a) axit oxalic 40 V, (b) axit oxalic 30 V, (a) axit sulfuric 25 V 69 Hình 3.26: Hình FESEM bề mặt cắt ngang của màng AAO tại các thời gian anode 2 khác nhau: (a) 3 phút, (b) 7 phút, (c) 8 phút, (d) 10 phút, (e) 15 phút và (f) 16 phút 70 Hình 3.27: Mối tương quan tuyến tính giữa thời gian anode lần 2 và bề dày màng AAO 71 Hình 3.28: Hình FESEM bề mặt màng AAO sử dụng axit oxalic và điện thế 40

V tại các thời gian PW khác nhau: (a) 35 phút, (b) 50 phút, (c) 60 phút, (d) 70 phút, (e) 80 phút và (f) 90 phút 72 Hình 3.29: Ảnh FESEM của bề mặt của linh kiện LED thanh nano được chế tạo

sử dụng màng AAO với bề dày (a) ~600 nm, (b) ~550 nm và (c) ~450 nm 73 Hình 3.30: Ảnh FESEM (a) bề mặt (b) mặt cắt ngang của B-LED sử dụng màng AAO-40 với bề dày 250 nm; Ảnh FESEM bề mặt và góc nghiêng 45° của linh kiện B-LED sử dụng màng (c) AAO-50, (d) AAO-60, (e) AAO-70 và (f) AAO-

95 Hình chèn là ảnh TEM của một thanh được tách từ B-LED sử dụng màng AAO-50 và AAO-60 74

ix

Hình 3.31: Phổ PL của B-LED (a) được phát triển thông qua màng AAO với đường kính lỗ khác nhau 50-95 nm, và (b) so sánh với B-LED phát triển ngẫu nhiên 75 Hình 3.32: (a) Đường cong I-V của In0.15Ga0.85N LED với kích thước 1010 m2

và 100100 m2; (b) Phổ EL của 100100 m2 LED với cấu trúc In0.15Ga0.85N (430 nm) và In0.22Ga0.78N (462 nm) 71 Hình 3.33: Đồ thị biểu diễn P theo I của In0.15Ga0.85N LED với kích thước (a) 1010 m2 và (b) 100100 m2; (c) Điện quang phổ EL và (d) Đồ thị biểu diễn cường độ EL của 100100 m2 LED theo thời gian 77 Hình 3.34: Ảnh FESEM chụp góc nghiêng 45° của linh kiện

In0.37Ga0.63N/AlGaN dùng màng AAO với bề dày 250 nm đường kính lỗ (a) ~70

nm và (b) ~95 nm; (c) Ảnh TEM của thanh nano tách từ linh kiện G-LED 78 Hình 3.35: Phổ PL của các linh kiện G-LED (a) được phát triển thông qua màng AAO-70 và AA0-95 và (b) được so sánh với G-LED phát triển ngẫu nhiên 79 Hình 3.36: (a) Đường cong I-V và (b) Điện quang phổ EL của In0.37Ga0.63N LED với kích thước 10-10 m2 và 100-100 m2 79 Hình 3.37: Đồ thị biểu diễn công suất (P) theo dòng điện (I) của G-LED với kích thước (a) 10-10 m2 và (b) 100-100 m2; (c) Điện quang phổ EL và (d) Đồ thị biểu diễn cường độ EL của 100-100 m2 G-LED theo thời gian 80 Hình 3.38: Ảnh FESEM mặt cắt ngang và bề mặt (a, b) AAO-95 và (d, e) AAO-

115, Ảnh FESEM chụp góc nghiêng 45° của linh kiện In0.5Ga0.5N/AlGaN sử dụng màng (c) AAO-95 và (f) AAO-115 với bề dày 230-280 nm 82 Hình 3.39: Phổ PL của các linh kiện R-LED (a) được phát triển thông qua màng AAO-95 và AAO-115 và (b) được so sánh với R-LED phát triển ngẫu nhiên 82 Hình 3.40: (a) Đường cong I-V và (b) Phổ EL của R-LED với kích thước 1010

m2 và 100100 m2 83 Hình 3.41: Đồ thị biểu diễn công suất (P) theo dòng điện (I) của R-LED với kích thước (a) 1010 m2 và (b) 100100 m2; (c) Phổ EL và (d) Đồ thị biểu diễn cường độ EL của 100100 m2 R-LED theo thời gian 84

x

Hình 3.42:a) Phổ PL của linh kiện W-LED/AAO-95 và W-LED/ngẫu nhiên (b) Đường cong I-V của W-LED với kích thước 1010 m2 và 100100 m2 85 Hình 3.43: (a) Đồ thị biểu diễn công suất (P) theo dòng điện (I) của 100100

m2 W-LED và (b) Giản đồ màu CIE của 100100 m2 W-LED tại dòng điện áp khác nhau: B(500 A/cm2), C(1000 A/cm2), D(2000 A/cm2), E(3000 A/cm2) 86 Hình 3.44: (a) Phổ EL và (d) Đồ thị biểu diễn cường độ EL của 100100 m2W-LED theo thời gian 87 Hình 3.45:Đồ thị biểu diễn IQE của các 100100 m2 LED theo dòng điện 87

xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết

tắt

WLED White Light Emitting Diodes Điốt bán dẫn phát ánh sáng trắng microLED Micro Light Emitting Diodes Điốt bán dẫn kích thước micromet OLED Organic Light Emitting Diodes Điốt bán dẫn hữu cơ

EQE External quantum efficiency Hiệu suất lượng tử ngoại IQE Internal quantum efficiency Hiệu suất lượng tử nội LEE Light extraction efficiency Hiệu suất phát ánh sáng QCSE Quantum-confined Stark effect Hiệu ứng hạn chế lượng tử Stark

MOCVD Metal organic chemical vapor

deposition

Lắng đọng hơi hóa học kim loại

MOVPE Metal-organic vapor phase Lặng đọng hơi hóa học kim loại

xii

epitaxy CVD Thermal chemical vapor

deposition

Lắng đọng nhiệt hơi hóa học

CIE Commission Internationale de

l'éclairage

Giản đồ màu không gian

microscopy

Kính hiển vi điện tử truyền qua

EDX Energy-dispersive X-ray

spectroscopy

Quang phổ tán sắc năng lượng tia X

APSYS Advanced Physical Models of

Semiconductor Devices

Phần mềm mô phỏng

FDTD Finite difference time domain Phần mềm mô phỏng

FFT Fast Fourier Transform Thuật toán biến đổi Fourier

RHEED Reflective high energy electron Sự nhiễu xạ điện tử năng lượng cao

xiii

diffraction

Tháng 04/2021, Vnexpress cho biết Samsung chuẩn bị bán tivi microLED tại Việt Nam với phiên bản 99-146 inches với giá 3-9 tỷ đồng Công nghệ chế tạo microLED hiện nay dựa trên kỹ thuật molecular beam epitaxy (MBE) hoặc metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) và electron beam lithography để phát triển vật liệu III-nitride thanh nano với chi phí cao, nên hạn chế sự phổ biến của microLED Một thách thức khác là sự sắp xếp và hình dạng đồng đều của các thanh nano cũng như cấu trúc vùng phát quang vẫn còn hạn chế dẫn đến sự phân bố điện tử và lỗ trống không đồng đều trong vùng phát quang, sự tràn điện tử và hiện tượng phát xạ bề mặt, làm giảm hiệu suất quang của microLED

Đề tài “Thiết kế và chế tạo đèn điốt bán dẫn kích thước micro mét cấu trúc InGaN dây nano với hiệu suất phát quang cao ứng dụng trong kỹ thuật trình chiếu thông minh” được thực hiện với mục tiêu chính là thiết kế mô phỏng và

chế tạo thành công microLED với hiệu suất quang cao dựa các cấu trúc (Al)InGaN tối ưu và màng nhôm oxit giá thành thấp để điều chỉnh kích thước đồng đều của thanh/dây/sợi nano

2

Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu:

1 Tổng quan tài liệu

2 Mô phỏng các cấu trúc thanh nano InGaN/(Al)GaN tối ưu dựa trên các phần mềm APSYS Crosslight và Finite Different Time Domain (Nội dung 1 và 2)

3 Thực nghiệm chế tạo vật liệu thanh nano InGaN/AlGaN trên đế Si bằng

kỹ thuật chùm phân tử (MBE) dựa trên các kết quả mô phỏng (linh kiện InGaN/AlGaN-ngẫu nhiên) Đặc tính cấu trúc và tính chất quang học của linh kiện InGaN/AlGaN-ngẫu nhiên

4 Chế tạo màng nhôm oxit (AAO) với các thông số khác nhau dựa trên kết quả chế tạo linh kiện InGaN/AlGaN-ngẫu nhiên (Nội dung 3)

5 Ứng dụng màng AAO làm mặt nạ trong kỹ thuật MBE để phát triển vật liệu thanh nano InGaN/AlGaN trên đế Si với hình dạng và kích thước đồng đều (linh kiện InGaN/AlGaN-AAO) (Nội dung 4, 5, 6 và 7)

6 Xây dựng quy trình sử dụng màng AAO để chế tạo microLED phát quang với màu sắc khác nhau (Nội dung 8, 9, 10 và 11)

7 Nghiên cứu đánh giá tính chất quang-điện của các microLED và báo cáo tổng kết (Nội dung 12)

tử cao, vận tốc bão hòa lớn, ổn định hóa học và dẫn nhiệt tốt [1, 2] Vật liệu nitride với vùng dẫn trực tiếp (bandgap) rộng, có thể hấp thu ánh sáng một cách hiệu quả từ ~0,65 eV (InN) đến ~6,40 eV (AlN), gần như toàn bộ quang phổ mặt trời Các LED dựa trên vật liệu màng mỏng III-ntride phát ánh sáng xanh dương cường độ cao đã được nghiên cứu chế tạo và nhận giải Nobel vật lý 2014 Các nghiên cứu tiếp theo cho thấy III-nitride LED có thể phát nhiều bước sóng khác nhau từ cực tím, khả kiến, đến hồng ngoại, khi thay đổi thành phần các nguyên

III-tố Al, Ga và In trong hợp chất (Al)InGaN Tuy nhiên, các linh kiện phát bước sóng dài như ánh sáng xanh lá và đỏ có hiệu suất quang rất thấp do sự không tương hợp hằng số mạng (mismatch lattice) của InGaN với GaN (vì InN và GaN

có độ lệch mạng cao hơn 20%) khi tăng hàm lượng In [3], như được trình bày

trong Hình 1.1 Do đó khó có thể chế tạo một linh kiện III-nitride cấu trúc

thin-film phát nhiều bước sóng khác nhau với hiệu suất lượng tử cao

Hình 1 1: Hiệu suất lượng tử của InGaN-LED theo bước sóng ánh sáng [3]

4

Cấu trúc vật liệu nano một chiều (1D nanostructure) như sợi hoặc thanh nano (nanowire) hứa hẹn giải quyết được những vấn đề hiện tại của III-nitride LED, mang lại nhiều khả năng ứng dụng mới trong công nghệ chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng Cấu trúc 1D sở hữu các tính chất quang-điện đặc biệt vì điện tử chỉ

tự do di chuyển trong 1 chiều dọc của thanh nano Ngoài ra, thanh nano có đường kính nhỏ, nên khi tổng hợp vật liệu InGaN/GaN với hàm lượng In cao, ứng suất biến dạng của cấu trúc do độ lệch mạng của hai vật liệu có thể giải phóng ra ngoài dễ dàng Nhờ khả năng giải phóng ứng suất trong tinh thể cao, cấu trúc thanh nano có tính chất vật liệu cao, ít sai hỏng mạng tinh thể, cải thiện thành phần hợp kim và cho phép tổng hợp trên các loại đế thông dụng như silic

mà vẫn giữ được cấu trúc tinh thể mong muốn [4] Do đó các III-nitride LED phát các bước sóng khác nhau có thể được chế tạo dựa trên cấu trúc thanh nano Mặc dù có những bước tiến đáng kể trong chế tạo linh kiện LED thanh nano bằng phương pháp top-down, nhưng hiệu suất của các thiết bị này vẫn còn bị hạn chế nghiêm trọng do sự hiện diện của các khuyết tật hình thành trong quá trình ăn mòn Ngoài ra, hiệu suất của các linh kiện LED thanh nano phát bước sóng dài về cơ bản đã bị hạn chế bởi sự phát triển của các cấu trúc phẳng dị thể

Do đó trong đề tài này phương pháp bottom-up được quan tâm nghiên cứu để chế tạo đèn linh kiện LED thanh nano

1.2 Phương pháp bottom-up chế tạo linh kiện III-nitride thanh nano

Các dãy thanh nano III-nitride đã được phát triển trên đế Si dựa trên các tâm xúc tác kim loại (Ni, Au, Fe) bằng các kỹ thuật rắn-lỏng-hơi (vapor-liquid-solid, VLS) như metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) và physical/ chemical vapor deposition (P/CVD) Cường độ quang-điện EL (electroluminescence) của các linh kiện thanh nano phát quang xanh dương và xanh lá đã tăng đáng kể

~30-40% so với cấu trúc màng mỏng (thin-film) [5] Tuy nhiên phương pháp bottom-up với kỹ thuật VLS vẫn còn hạn chế do sử dụng nhiệt độ cao (>1000

°C) trong quá trình chế tạo, và một nhược điểm khác là sử dụng chất xúc tác nano kim loại mà có thể kết hợp với III-nitride thanh nano, làm thay đổi các đặc tính quang-điện của linh kiện

5

Hình 1 2: (a) Phổ PL của InGaN/GaN thanh nano được phát triển tại các nhiệt độ

khác nhau, (b) của InGaN/GaN thanh nano phát ánh sáng trắng [10]

Nghiên cứu gần đây cho thấy các dãy thanh nano III-nitride có thể được phát triển trên đế silic mà không cần dùng thêm bất kỳ xúc tác nano kim loại nào thông qua kỹ thuật chùm tia phân tử (MBE) Cơ chế của sự hình thành và phát triển thanh nano dựa trên quá trình tự xúc tác, trong đó các hạt lắng đọng đầu tiên Ga hoặc In có thể đóng vai trò là chất xúc tác hỗ trợ sự hình thành thanh nano Hoặc cơ chế do sự khác biệt về năng lượng bề mặt, hệ số dính và hệ số khuếch tán trên các mặt tinh thể khác nhau [6, 7] Sanchez và cộng sự đã báo cáo rằng với tỷ lệ V/III cao (điều kiện giàu N) sự phát triển thanh nano GaN chiếm ưu thế, trong khi với tỷ lệ V/III thấp (giàu Ga) sự phát triển lớp chiếm ưu thế [8] Hình thái của thanh nano GaN trên đế Si(111) được phát triển thông qua

kỹ thuật MBE theo tỷ lệ V/III và nhiệt độ chế tạo đã được nghiên cứu [9] Kết quả cho thấy hai quá trình phát triển lớp và thanh nano khác nhau rõ ràng Chiều dài khuếch tán các nguyên tử và tỷ lệ Ga/N là những yếu tố chính để phát triển thanh nano Lin và cộng sự đã chế tạo linh kiện thanh nano InGaN/GaN phát ánh sáng trắng bằng cách thay đổi nhiệt độ phát triển và hàm lượng In/Ga [10]

Hình 1.2a trình bày phổ PL của thanh nano InGaN/GaN với nhiệt độ phát triển

khác nhau Khi nhiệt độ phát triển tăng dần, sự phát ánh sáng từ đỏ đến xanh

dương được quan sát Hình 1.2b cho thấy phổ PL của linh kiện thanh nano

InGaN phát ánh sáng trắng được tạo ra từ nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau

6

Hình 1 3: (A) Ảnh SEM và ảnh chụp sự phát quang tương ứng của linh kiện

InGaN/GaN thanh nano với đường kính khác nhau (a) 143 nm, (b) 159 nm, (c) 175

nm, (d) 196 nm, (e) 237 nm, và (f) 270 nm; (B) Đồ thị diễn tả sự phụ thuộc của thành phần In theo đường kính thanh nano; (C) Phổ PL của thanh nano với đường kính khác

nhau [11]

Guo và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo linh kiện thanh nano InGaN/GaN trên diện tích lớn phát ánh sáng trắng với hệ số hoàn màu (color rendering index, CRI) cao, mở ra nhiều cơ hội mới cho thị trường microdisplay [12], tuy nhiên sự đồng đều của các thanh nano vẫn chưa được cải thiện Sekiguchi và cộng sự đã chế tạo GaN-LED thanh nano bằng kỹ thuật MBE được hỗ trợ nguồn plasma radio frequency (rf-MBE) để tạo lớp mặt nạ Ti chọn lọc với kích thước khác nhau [13] Linh kiện chế tạo cho thấy các dãy thanh nano sắp xếp đồng đều và

trật tự phát ánh sáng với màu sắc khác nhau (Hình 1.3A) Thành phần In kết hợp trong InGaN đã tăng theo đường kính thanh từ 143 nm đến 270 nm (Hình 1.3B) do đó linh kiện có thể phát các bước sóng khác nhau từ 480 nm đến 632

nm (Hình 1.3C) Tuy nhiên phương pháp này tốn kém và cường độ quang giảm

tại các bước sóng dài như 630 nm.

Dựa trên các kết quả về tỷ lệ V/III, cấu trúc kết hợp thanh nano và chấm lượng

tử (dots-in-a-wire) được nghiên cứu chế tạo InxGa1-xN/GaN thông qua kỹ thuật

MBE (Hình 1.4a và 1.4b) với sự cải thiện đáng kể hiệu suất lượng tử [14] Các

cấu trúc dots-in-a-wire đã làm giảm các trường phân cực một cách hiệu quả, nâng cao khả năng làm việc của linh kiện phát các bước sóng dài khác nhau như

đỏ và xanh lá [15] Mặc dù hiệu suất lượng tử (internal quantum efficiency, IQE) được cải thiện nhưng hiện tượng suy giảm hiệu suất theo mật độ dòng điện

7

vẫn còn cao Nguyên nhân giới hạn hiệu suất lượng tử của linh kiện thanh nano

là do sự di chuyển không đồng đều của điện tử và lỗ trống đến vùng hoạt động Công bố trên tạp chí Nano Letters năm 2012 [16] đã chứng minh sự rò rỉ hay tràn điện tử (overflow) ra khỏi vùng hoạt động đã làm hạn chế hiệu suất lượng

tử của LED (Hình 1.4c) Sự tràn điện tử này được điều chỉnh bằng cách ghép

thêm lớp AlGaN pha tạp loại p đóng vai trò như là lớp bẫy điện tử (electron

blocking layer-EBL) giữa vùng hoạt động và vùng p-GaN (Hình 1.4d và 1.4e)

Kết quả cho thấy linh kiện phát ánh sáng ổn định và không có sự suy giảm hiệu suất quang khi mật độ dòng đạt đến 1200 A/cm2 (Hình 1.4f)

Hình 1 4: (a) Sơ đồ minh họa (b) Hình TEM của cấu trúc InGaN/GaN dot-in-a-wire

được phát triển bằng kỹ thuật MBE trên đế Si (111), (c) Sơ đồ minh họa sự tràn điện

tử trong cấu trúc thanh nano (d) Sơ đồ minh họa và (e) Hình TEM của thanh nano

dùng thêm lớp EBL p-AlGaN, (f) Hiệu suất lượng tử ngoại EQE của linh kiện thanh

nano với lớp EBL theo mật độ dòng điện [14-16]

Mặt khác, do cấu trúc 1D có diện tích bề mặt lớn nên dẫn đến sự tái tổ hợp phát

xạ bề mặt (surface radiative recombination) - phát xạ ngoài vùng phát quang

chính (Hình 1.5a), cũng làm hạn chế hiệu suất lượng tử của linh kiện Hình 1.5b cho thấy phổ quang-điện (electroluminescence, EL) của linh kiện thanh

nano theo mật độ dòng, ngoài bước sóng chính tại 570 nm còn xuất hiện bước

8

sóng phụ tại 410 nm khi tăng dòng điện từ 100-1000 mA Mũi phát quang phụ này là do sự tái tổ hợp phát xạ bề mặt Cấu trúc lõi-vỏ (core-shell) với InGaN/GaN core và AlGaN-shell đã được nghiên cứu chế tạo trực tiếp trên đế

silic (Hình 1.5c), cho thấy sự cải thiện đáng kể hiệu suất truyền dòng điện vào

vùng phát quang chính, làm tăng cường độ ánh sáng phát ra và không còn xuất

hiện mũi phụ khi tăng dòng điện (Hình 1.5d) Theo kết quả được đăng trên tạp

chí Nature Scientific Reports năm 2015 [17], đã chứng minh rằng microLED kích thước 1000 m2 với cấu trúc thanh nano core-shell phát ánh sáng trắng với công suất quang khoảng ~1.6 mW tại 80 mA/cm2 ở nhiệt độ phòng, cao hơn

khoảng 100 lần so với những LED cùng loại khác (Hình 1.5e) Sự vượt trội này

là do cấu trúc vùng năng lượng lớn của lớp vỏ AlGaN bẫy hạt tải, và từ đó làm suy giảm đáng kể hiện tượng tái tổ hợp phát xạ bề mặt Ngoài ra, microLED thanh nano phát ánh sáng trắng không sử dụng phosphor có thể đạt được chỉ số hoàn màu từ 92 đến 98 trong cả điều kiện nhiệt độ nóng và lạnh, chỉ số hoàn màu này gần như rất khó có thể đạt được dựa trên cấu trúc màng mỏng

Hình 1 5: (a) Sơ đồ minh họa hiện tượng phát xạ bề mặt của thanh nano, (b) Phổ EL

của linh kiện kiện thanh nano, (c) Sơ đồ minh họa thanh nano cấu trúc core-shell, (d) Phổ EL của linh kiện kiện thanh nano cấu trúc core-shell, (e) Công suất quang của linh

kiện thanh nano core-shell theo mật độ dòng điện

core-LED với kích thước ~500 m2, cấu trúc thanh nano core-shell từng lớp đạt ~5.3

mW tại 60 A/cm2 (Hình 1.6c) Tuy nhiên, việc tối ưu hóa thành phần In cũng

như điều khiển được kích thước thanh nano mong muốn để đạt được hiệu suất quang cao nhất với chi phí thấp nhất là rất quan trong công nghiệp sản xuất LED Hơn nữa mức độ đồng đều và độ tin cậy của các thanh nano trong cùng một lần chế tạo phải cao Do đó, nghiên cứu phương pháp chế tạo linh kiện thanh nano với độ tin cậy cao và ít tốn kém vẫn là một thách thức

Hình 1 6: (a) Hình TEM và (b) Mapping TEM của thanh nano GaN chứa 10 lớp

InGaN/AlGaN cấu trúc core-shell từng lớp; (b) Công suất phát ánh sáng của

InGaN/AlGaN LED kích thước 500 m2 theo mật độ dòng điện [19]

1.3 LED kích thước micro mét (microLED)

Công nghệ microLED bán dẫn được phát minh vào năm 2000 bởi nhóm nghiên cứu của Hongxing Jiang và Jingyu Lin tại Đại học Texas Tech Sau đó, một loạt các nghiên cứu đã được công bố nhằm tạo ra microLED chất lượng cao [20, 21] Apple Inc., Samsung, Sony Corporation, Oculus, VueReal, LG Display, Play Nitride, eLUX, Rohinni LLC và Aledia là những công ty tiên phong trong sản xuất microLED, tuy nhiên hầu hết vẫn dựa trên công nghệ màng mỏng, do đó hiệu suất vẫn còn hạn chế và giá thành cao microLED cấu trúc 1D phát ánh

Hình 1.7: So sánh thiết kế cơ bản của màn hình LED và màn hình microLED [21]

Các dãy LED truyền thống phát ánh sáng xanh dương, xanh lục và đỏ được sắp xếp trật tự làm nguồn sáng (back light) cho màn hình trình chiếu Khi kích thước LED giảm đến micro mét, các dãy microLED phát ánh sáng xanh dương, xanh

lục và đỏ chỉ bằng kích thước của 2 LED thông thường (Hình 1.7) Mỗi điểm

ảnh (pixel) của màn hình bao gồm 3 microLED phát các màu cơ bản, bằng cách điều chỉnh điện áp cho từng pixel, sẽ tái tạo hình ảnh dự định trên màn hình Vì mỗi điểm ảnh được làm từ ba LED kích thước micro mét nên hình ảnh mịn màng, sắc nét, trung thực hơn và tiết kiệm điện năng hơn, đây là trọng tâm của các công nghệ microLED.

Với chất lượng hình ảnh ngang với OLED, công nghệ microLED hứa hẹn sẽ nhẹ hơn, mỏng và bền hơn, hiển thị nhiều gam màu hơn, độ sáng và độ phân giải cao hơn, nhiều khả năng microLED sẽ mở ra một kỷ nguyên mới của màn hình hiển

thị thông minh, như được trình bày trong Hình 1.8Asơ đồ cấu tạo gọn nhẹ của màn hình microLED so với OLED [23] Tuy nhiên, việc sản xuất màn hình hiển thị microLED với kích thước nhỏ hơn 100 micromet vẫn đang thách thức các

nhà nghiên cứu vì hiệu suất quang giảm dần theo kích thước của đèn (Hình