أثبت فريق بحثي من جامعة شيامن تجريبيًا أن استخدام هيكل ميسا سداسي الشكل يُمكن أن يُحسّن بشكل كبير أداء ثنائيات باعثة للضوء (قاد) الدقيقة المصنوعة من نيتريد الإنديوم والغاليوم (إنغان). يُفصّل البحث، المنشور في مجلة *بصريات يعبر*، المجلد 33، الصفحة 42747، 2025، كيف يُمكن لتحسين هندسة ميسا ميكرو ليد أن يُحلّ مشاكل التجانس الحالية ويُحسّن الكفاءة الكهروضوئية، وهو أمرٌ بالغ الأهمية لتقنيات العرض والاتصالات من الجيل التالي. يشير "mesa" إلى المنطقة المرتفعة على ميكرو ليد التي تُشكّل السطح الباعث للضوء (ليز)، وهو المُكوّن الأساسي لانبعاث الضوء.
1. تصميم البحث: مقارنة بين ثلاثة هياكل ميسا ومزايا الهياكل السداسية
قارنت هذه الدراسة ثلاثة هياكل ميسا: دائرية، ومربعة، وسداسية. صُنعت جميع الهياكل من مواد متعددة الطبقات من نيتريد الإنديوم والغاليوم/نيتريد الغاليوم (إنغان/نيتريد الغاليوم)، مزروعة على ركائز من الياقوت الأزرق المنقوش باستخدام تقنية الترسيب الكيميائي للبخار المعدني العضوي (وزارة الصحة والبيئة).
تحقق الهضبة السداسية، ذات الرؤوس الستة الموزعة بالتساوي، ثلاثة تحسينات رئيسية:
* يقوم بتقصير المسافة القصوى بين القطب الكهربائي المركزي وحافة الميسا، مما يحسن من انتظام انتشار التيار داخل المنطقة النشطة؛
* يعمل على تخفيف مشكلة تراكم التيار الزاوي الموجودة عادة في الهضاب المربعة، مما يقلل من مناطق كثافة التيار المنخفضة التي تؤدي إلى تدهور الأداء؛
* تمتلك نسبة محيط إلى مساحة القطب الكهربي (P/A) متوازنة، مما يعمل على تحسين كفاءة حقن الناقل مع قمع إعادة التركيب الطفيلي.
2. قيمة التطبيق: السيناريوهات الأساسية والأهمية التكنولوجية لمصابيح قاد الخضراء المصغرة
تُعد مصابيح قاد الخضراء المصغرة التي تعمل ضمن نطاق حساسية العين البشرية أجهزة رئيسية في مجالات مثل شاشات الألوان عالية الدقة، وأنظمة الواقع المعزز/الواقع الافتراضي (الواقع المعزز/الواقع الافتراضي)، والعلاج بالضوء، واتصالات الضوء المرئي.
تكمن القيمة الأساسية لهذا البحث في إثبات أن تحسين هندسة الهياكل المجهرية يمكن أن يحقق تحسينات كمية في الأداء دون تغيير تركيب المادة. وقد أصبحت الهضبة السداسية، بفضل قدرتها الفائقة على توزيع التيار، وانخفاض خسائرها غير الإشعاعية، وكفاءتها الكمية الخارجية (إي كيو إي)، حلاً هيكليًا واعدًا للغاية لشاشات العرض الدقيقة عالية الكفاءة ومصابيح قاد للاتصالات، وهو ما يتماشى تمامًا مع توجه الصناعة نحو الأجهزة الفوتونية المصغّرة عالية السطوع وطويلة العمر.
3. البيانات التجريبية: تحديد مزايا الأداء للهياكل السداسية
في اختبار الأداء الكهربائي، ظل جهد التشغيل للأجهزة الهيكلية الثلاثة ثابتًا عند حوالي 3.3 فولت، ولكن لوحظت اختلافات كبيرة عند جهد التحيز العالي:
عند جهد تحيز 10 فولت، وصلت كثافة التيار في الصمام الثنائي الباعث للضوء السداسي إلى 285.8 أمبير/سم²، وهو ما يتجاوز بكثير كثافة التيار في الهضبة المربعة (199.9 أمبير/سم²) والدائرية (164.7 أمبير/سم²)؛ تشير هذه البيانات إلى أن تأثير انتشار التيار الأمثل يحسن بشكل مباشر كفاءة حقن الناقل.
مع زيادة التيار، يُظهر طول موجة الانبعاث لمصباح قاد السداسي تحولًا أزرقًا كبيرًا بمقدار 2.9 نانومتر، مما يعني أن توزيع الناقل الأكثر تجانسًا يقلل من تأثير الاحتجاز الكمي.
في اختبار الأداء البصري، أصبحت مزايا الهيكل السداسي أكثر وضوحًا:
عند كثافة تيار حقن تبلغ 200 أمبير/سم²، وصلت كثافة الطاقة الخارجة من مصباح قاد الصغير السداسي إلى 4.94 وات/سم²، متجاوزة كثافة الطاقة الخارجة من الهياكل الدائرية (3.86 وات/سم²) والمربعة (3.14 وات/سم²)؛
بلغت كفاءتها الكمية الخارجية (إي كيو إي) ذروتها عند 19.9% عند كثافة تيار تبلغ 10.41 أمبير/سم²، وهو ما يفوق كفاءة الأجهزة الدائرية (16.9%) والمربعة (17.6%)؛
كمؤشر رئيسي لتدهور الكفاءة مع التيار، كان معدل اضمحلال إي كيو إي للهيكل السداسي 48.2% فقط، وهو أقل من معدل الهياكل الدائرية (52.4%) والمربعة (56.1%)، مما يدل على أدائه المتفوق في التوازن الحراري وتوازن إعادة تركيب الإلكترون والثقب.
