Porotech zeigt die Kraft der Materialwissenschaften in Farbe

Wie also hat Porotech angefangen?

Alles begann mit einem Forschungsprojekt in der Cambridge Centre für Galliumnitrid. Ich arbeitete an Einzelphotonenquellen für die Quantenkommunikation und versuchte, Mikrohohlräume herzustellen, um die Kopplung zwischen dem Emitter und dem Hohlraum zu verbessern. Das wahrscheinlich einfachste Mikrohohlraumbauteil ist a Bragg-Spiegel, aber um es reflektierend zu machen, müssen Sie einen Brechungsindexkontrast zwischen verschiedenen Schichten erhalten.

Wir konnten die Reflektivität mit Galliumnitrid erreichen, aber die Defekte – die man nicht umgehen kann – behinderten die Geräteleistung. Also haben wir einige der intrinsischen Versetzungen ausgenutzt, die ein üblicher Strukturdefekt sind. Unter Verwendung von Nasschemie bildeten wir eine Matrix aus porösem Komposit zwischen Galliumnitrid und Luft. Das vermischt den Brechungsindex des Galliumnitrids und der Luft, was einen viel breiteren Parameter zum Abstimmen der optischen Eigenschaften ergibt.

Nachdem wir einige Business-Kurse absolviert, einen Businessplan entwickelt und kritisiert hatten, waren wir zuversichtlich genug, die Universität zu verlassen und unsere Idee zu kommerzialisieren

Wir haben die leistungsstärksten Einzelphotonenquellen im blauen Spektrum hergestellt, aber offensichtlich ist dieses Reflexionsvermögen auch für alle Arten von Optoelektronik von Vorteil. Um eine Leuchtdiode (LED) herzustellen, benötigen Sie den unteren Spiegel, um Licht zu reflektieren und dann das Photon extrahieren zu können. Wir haben es getestet – und es hat wunderbar funktioniert. Nachdem wir einige Business-Kurse absolviert, einen Businessplan entwickelt und kritisiert hatten, waren wir zuversichtlich genug, die Universität zu verlassen und unsere Idee zu kommerzialisieren.

Du hast gewonnen Existenzgründerpreis vom Institut für Physik im Jahr 2022 für die Herstellung einer roten Indium-Gallium-Nitrid-LED. Was war die größte Herausforderung bei dieser Innovation – und wie haben Sie sie gemeistert?

Rot ist mit anderen Materialien wie Galliumphosphid oder Galliumarsenid nicht so schwer zu erreichen. Auf dem Papier sollte es auch mit Galliumnitrid machbar sein, in Bezug auf die durch das Material definierten Bandlücken. Aber Defekte sind ein Problem – wenn Sie von Blau zu Grün und dann zu noch längeren Wellenlängen wechseln, müssen Sie mehr Indium in den lichtemittierenden Bereich geben, wodurch die Quantentöpfe dicker werden.

Und das Problem mit Galliumnitrid im Vergleich zu vielen anderen Verbindungshalbleitern ist, dass die Fehlanpassung der Gitterparameter zwischen verschiedenen Legierungen enorm ist. Sie werden also stark belastet, und wenn das nicht richtig entlastet wird, werden Sie viele Defekte erleiden, die die Leistung der LED beeinträchtigen. Wenn Sie mehr Indiumatome hinzufügen, besteht auch die Gefahr einer Phasentrennung, bei der sie nur als Metallplättchen verbleiben, anstatt kristalline Materialien zu bilden.

Wir bauen dann auf dieser schönen porösen Architektur auf, damit wir die optischen und mechanischen Eigenschaften des Materials manipulieren können. Wir können die mechanische Eigenschaft tatsächlich ändern und den Gitterparameter auf einfache Weise vergrößern, damit er besser an den lichtemittierenden Bereich angepasst werden kann – die Region mit hohem Indiumgehalt, auf der wir versuchen aufzubauen. Je enger wir zusammenpassen, desto weniger Probleme werden wir im lichtemittierenden Bereich haben.

Welche Auswirkungen hat eine rote Indium-Gallium-Nitrid-LED neben grünen und blauen?

Blau und Grün sind bereits sehr erfolgreich und haben sich mit Galliumnitrid etabliert, aber die Industrie muss derzeit andere Quellen wie Galliumarsenid für das Rot verwenden. Das ist wirklich kostspielig, sowohl in Bezug auf die Kapitalausgaben als auch auf den Durchsatz. Darüber hinaus reduziert das Mischen verschiedener Materialien den Ertrag und damit auch die Adoptionsrate erheblich. Alle Farben aus einem einzigen Material zu erhalten, bedeutet, dass wir die bestehende Lieferkette verwenden können, um Blau und Grün herzustellen und sie auch zur Erzeugung von Rot zu verwenden – ohne zusätzliche Investitionen oder Komplikationen mit dem Verarbeitungsablauf.

Sie haben auch Emitter mit einstellbarer Wellenlänge entwickelt, die Sie DynamicPixelTuning® nennen. Wie funktionieren sie und verändern das Bild, das Sie gerade beschrieben haben?

Es war in gewisser Weise ein Unfall. Durch die Erweiterung der Wellenlängenkapazität von Galliumnitrid auf Rot haben wir herausgefunden, dass wir die Farbe tatsächlich auch auf die andere Seite des Spektrums verschieben können. Grundsätzlich gibt es bei Galliumnitrid eine gewisse innere Spannung, die sich wirklich darauf auswirkt, wie die Quantentöpfe und die Bandlücke reagieren, wenn eine externe Vorspannung angelegt wird. Jeder möchte eine stabile einzelne Farbe erreichen, aber wenn Sie einen Strom injizieren, beeinflusst diese externe Vorspannung das interne Feld und variiert die Wellenbänder.

Wir können die Spannung reduzieren, was die Stabilität verbessern würde, aber wir können das interne Feld nicht zu 100 % durch bloße Materialmanipulation eliminieren. Wir haben uns gefragt, ob wir aus dem Belastungsstatus Kapital schlagen und dieses interne Feld vergrößern könnten, sodass die Verschiebung groß genug ist, dass wir alle Farben haben können, wenn wir eine externe Vorspannung anwenden. Tatsächlich können wir jetzt die große Wellenlängenverschiebung auf kontrollierbare Weise erreichen. Es ist eine sehr lineare Beziehung, sodass Sie jede Farbe als Funktion der Stromdichte haben können.

Wir haben also zwei Möglichkeiten, uns dem Markt zu nähern und mit bestehenden Fähigkeiten zu arbeiten, abhängig von der Komplexität des Systems eines Kunden und seinen Anzeigeanforderungen.

Was kommt als nächstes für Porotech? Sie möchten expandieren?

Für uns ist es sehr wichtig, einerseits Kunden zu gewinnen, aber auch unser Risiko zu streuen. Wir wollen nicht nur auf ein Marktsegment setzen, also betrachten wir drei Hauptbereiche: große Fernseher und Beschilderung; intelligente Wearables; und AR/VR. Beim ersten Bereich geht es um neue High-End-TVs mit 100-Zoll-Displays, die keine andere bestehende Technologie so kostengünstig umsetzen kann.

Unsere Technologie kann Sinnes- und Berührungsfunktionen ermöglichen, die dazu beitragen werden, dass Smart Wearables in Zukunft personalisiertere Gegenstände werden

Was intelligente Wearables betrifft, sprechen wir von intelligenten Uhren, Schutzbrillen und Brillen. Die Mikro-LED ist im Grunde eine Anzeigetechnologie, aber sie baut auf dem Halbleiter-Ökosystem und der Integration mit Siliziumtransistoren auf, sodass sie auch Integrierbarkeit und andere Funktionen verspricht. Es kann Anzeigeinformationen liefern, aber auch Sinnes- und Berührungsfunktionen ermöglichen, die dazu beitragen werden, dass Smart Wearables in Zukunft personalisiertere Gegenstände werden.

Für AR/VR versuchen wir auch, neben der Mikro-LED, dem Photon, der Lichtleistung und der Optoelektronik einen Beitrag zu leisten. Wir konzentrieren uns auch auf die zukünftige Integration mit den Siliziumgießereien und Siliziumtransistoren. Offensichtlich ist das aufgrund des begrenzten Gewichts und des geringen Volumens, das für die Implementierung von AR/VR auf einfachen Brillen erforderlich ist, viel schwieriger.

Wir sind also eher kommerziell bereit für die großen Fernseher und Smartwatches, aber für AR geht es mehr um die Integration und das Engineering auf Systemebene.

Sie haben als Akademiker angefangen, also muss es eine Lernkurve für Sie gewesen sein, zu lernen, wie man über Lieferketten, Investitionsausgaben und die Integration Ihres Produkts mit verschiedenen Geräten spricht

Ich lerne eigentlich immer noch, und ich habe diese Herausforderung sehr gerne angenommen. Ich hätte akademische Exzellenz anstreben können, aber da wir angewandte Wissenschaft und Materialien betreiben, müssen wir uns wirklich darauf konzentrieren, wie wir das zum Nutzen der Industrie und der Menschen umsetzen können. Daher fühlte ich mich anfangs ziemlich aufgepumpt, dass ich diesen Weg der neuen Persönlichkeitsentwicklung gewählt habe.

Industrie oder Wissenschaft? Wie du deinen Weg wählst

Sie erkennen sehr früh, dass Sie weniger fähig sind, weniger wissen und keine Erfahrung haben. Du musst von anderen Menschen lernen. Es war sehr gut, dass das Cambridge-Ökosystem all dieses Mentoring zusätzlich zur Universitätsunterstützung bietet. Deshalb haben wir ein paar Jahre damit verbracht, innerhalb und außerhalb der Universität zu hüpfen, einige der Ressourcen zu nutzen, Marktforschung zu betreiben und uns weiterzubilden.

Lernen ist ein ewiger Prozess, während wir weiter wachsen, aber es ist eine sehr lohnende Investition.

Haben Sie einen Rat für Menschen, die ihre Technologie in ein kommerzielles Produkt umwandeln möchten?

Mein Rat wäre, mehr zuzuhören und weniger zu reden. Technologie ist gut, Physik ist wunderbar, aber das ist nur ein Drittel oder ein Viertel des Problems. Sie benötigen Mitarbeiter, Ressourcen und eine Strategie, wie Sie die Technologie in ein echtes Produkt übertragen und einen Geschäftsplan erhalten, der dies unterstützt. Sie müssen sich mit einer breiteren Community auseinandersetzen, um unterschiedliche Ansichten und Kritiken zu hören. Nehmen Sie dieses Feedback und reflektieren Sie es, um sich und Ihre Ideen zu verbessern.

Ich denke, das ist eine harte Lernkurve, die jeder durchlaufen muss. Aber sich einzugestehen, dass man nicht alles von Anfang an kann, und von erfahreneren Leuten zu lernen, ist sehr wichtig. Ein kleines Unternehmen kann nicht alles alleine machen. Sie brauchen viel Hilfe von der Universität, der Regierung, der Lieferkette und von Kunden und Partnern, sogar von Ihrer Familie und Ihren Freunden. Hören Sie also mehr zu und reflektieren Sie auf einer persönlichen Ebene. Das würde ich empfehlen.

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