열전도율이 높은 다이아몬드 기판을 사용한 효율적인 방열 페로브스카이트 레이저

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그림은 삼각형 MAPbI3 나노판, SiO3 간극층 및 다이아몬드 기판으로 구성된 제안된 광학 펌핑 MAPbI2 속삭이는 갤러리 모드(WGM) 레이저의 개략도를 보여줍니다. 출처 ©Science China Press

그림은 삼각형 MAPbI3 나노판, SiO3 간극층 및 다이아몬드 기판으로 구성된 제안된 광학 펌핑 MAPbI2 속삭이는 갤러리 모드(WGM) 레이저의 개략도를 보여줍니다. 신용 거래
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요약 :
페로브스카이트 레이저는 전기적으로 여기된 레이징을 향한 중요한 단계로 간주되는 펨토초 펄스 여기 레이징에서 연속파 여기 레이징을 개발하는 데 빠르게 진전을 이루었습니다. 실온에서 연속파 레이징 후 다음 목표는 전기 구동 레이징을 구현하는 것입니다. 상업적으로 이용 가능한 전기 주입 레이저에서 큰 열전도도 κ와 높은 전하 캐리어 이동도 m을 모두 갖는 전통적인 에피택셜 성장 단결정 반도체는 일반적으로 큰 전류 흐름에서 작은 저항 가열을 나타냅니다. 페로브스카이트는 크고 균형 잡힌 전하 운반체 이동성을 가지고 있지만 작은 κ 값을 가지고 있습니다. MAPbI3의 열전도율은 1~3Wm-1K-1로 GaAs(50Wm-1K-1)보다 열등하다. 따라서 비복사 경로를 통해 에너지 손실에서 변환된 열은 효과적으로 소산될 수 없습니다. 이 실패는 캐리어가 더 높은 온도에서 더 넓은 에너지 범위를 차지하므로 레이징 임계값을 증가시켜 열화 및 열 유도 결함과 같은 다른 문제와 함께 주어진 전이의 인구 반전을 희석합니다. 분산 피드백(DFB) 페로브스카이트 레이저의 최저 전기 여기 임계값은 24mA cm-2만큼 높습니다. 또한, 레이저 장치에 사용되는 기존의 페로브스카이트 발광 다이오드 구조에 고전류 주입으로 인해 줄 열로 인해 고전류 주입 조건에서 외부 양자 효율이 크게 제한됩니다. 따라서 열 관리는 페로브스카이트 기반 전기 구동 레이저 개발의 병목 현상입니다.

고열전도 다이아몬드 기판을 이용한 효율적인 방열 페로브스카이트 레이저

중국 베이징 | 게시일: 14년 2023월 XNUMX일

이러한 관점에서 Guohui Li 교수, Shengwang Yu 교수, Taiyuan University of Technology의 Yanxia Cui 교수, Lund University의 Kaibo Zheng 교수를 포함한 연구원 그룹은 다이아몬드 기판에서 페로브스카이트 나노혈소판 레이저를 시연했습니다. 광펌핑 시 발생하는 열을 효율적으로 분산시킵니다. 시연된 레이저는 ~1962의 Q 계수, 52.19 μJ cm-2의 레이징 임계값을 특징으로 합니다. 또한 나노판과 다이아몬드 기판 사이에 얇은 SiO2 간극층을 도입하여 긴밀한 광학적 구속을 실현합니다. 구조 내부의 전기장 분포는 두께가 2 nm인 넓은 SiO200 갭이 다이아몬드 기판에서 명백히 적은 누설 필드를 생성함을 보여주며 동시에 MAPbI3 나노판 내에서 더 나은 모드 구속을 제안합니다. 그들은 광학 펌핑 조건에서 온도 변화에 의해 다이아몬드 기판의 페로브스카이트 나노판 레이저의 열 소산을 평가했습니다. 레이저는 다이아몬드 기질의 결합을 통해 낮은 펌프 밀도 의존 온도 민감도(~0.56 ± 0.01 K cm2 μJ-1)를 특징으로 합니다. 감도는 유리 기판에서 이전에 보고된 페로브스카이트 나노와이어 레이저에 대한 값보다 XNUMX~XNUMX배 더 낮습니다. 열전도율이 높은 다이아몬드 기판은 나노 혈소판 레이저가 높은 펌프 밀도에서 작동할 수 있도록 합니다. 이 연구는 전기 구동 페로브스카이트 레이저의 개발에 영감을 줄 수 있습니다. 이 작업은 SCIENCE CHINA Materials(https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)

이 작업은 중국 국립자연과학재단(U21A20496, 61922060, 61775156, 61805172,12104334, 62174117 및 61905173), 산시성의 핵심 연구 개발 프로그램(202102150101007), Shanxi-Zheda Advanced Materials Institute의 지원을 받았습니다. 그리고 화학 공학 프로그램(2022SX-TD020), 산시성 자연 과학 재단(20210302123154 및 20210302123169), 중국 산시 장학금 위원회 지원 연구 프로젝트(2021-033), Shanxi-Zheda Advanced Materials 연구소 지원 연구 프로젝트 및 화학 공학(2021SX-FR008) 및 Lvliang시의 인재 특별 프로젝트 소개(Rc2020206 및 Rc2020207). Guohui Li는 또한 중국 장학금 위원회(202006935009)의 지원을 인정합니다.

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미디어 연락처

베이옌
사이언스 차이나 프레스
전문가 연락처

리 구오휘
타이 위안 공과 대학

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