Porotech toont de kracht van materiaalwetenschap in kleur

Dus hoe is Porotech begonnen?

Het begon allemaal met een onderzoeksproject in de Cambridge Centrum voor Galliumnitride. Ik werkte aan bronnen met enkelvoudige fotonen voor kwantumcommunicatie en probeerde microholtes te maken om de koppeling tussen de zender en de holte te verbeteren. Waarschijnlijk is de gemakkelijkste microcaviteitscomponent een Bragg-spiegel, maar om het reflecterend te maken, moet je een brekingsindexcontrast krijgen tussen verschillende lagen.

We konden de reflectiviteit bereiken met galliumnitride, maar de defecten – waar je niet omheen kunt – belemmerden de prestaties van het apparaat. Dus hebben we enkele van de intrinsieke dislocaties uitgebuit, die een veelvoorkomend structureel defect zijn. Met behulp van natte chemie vormden we een matrix van poreus composiet tussen galliumnitride en lucht. Dat vermengt de brekingsindex van het galliumnitride en de lucht, wat een veel bredere parameter oplevert voor het afstemmen van de optische eigenschappen.

Na een aantal bedrijfscursussen te hebben gedaan, een bedrijfsplan te hebben ontwikkeld en kritiek te hebben gekregen, waren we zelfverzekerd genoeg om de universiteit te verlaten en ons idee te commercialiseren

We hebben de best presterende enkelvoudige fotonenbronnen in het blauwe spectrum gemaakt, maar deze reflectiviteit is natuurlijk ook gunstig voor allerlei soorten opto-elektronica. Om een ​​light-emitting diode (LED) te maken, heb je de onderste spiegel nodig om licht te reflecteren en vervolgens het foton te kunnen extraheren. We hebben het getest - en het werkte prachtig. Na een aantal bedrijfscursussen te hebben gevolgd, een bedrijfsplan te hebben ontwikkeld en kritiek te hebben gekregen, waren we zelfverzekerd genoeg om de universiteit te verlaten en ons idee te commercialiseren.

Je hebt een gewonnen Ondernemersprijs van het Institute of Physics in 2022 voor het maken van een rode indium gallium nitride LED. Wat was de grootste uitdaging voor die innovatie – en hoe heb je die overwonnen?

Rood is niet zo moeilijk te bereiken met andere materialen, zoals galliumfosfide of galliumarsenide. Op papier zou het ook haalbaar moeten zijn met galliumnitride, in termen van de bandafstanden die door het materiaal worden bepaald. Maar defecten zijn een probleem - als je van blauw naar groen gaat en dan nog langere golflengten, moet je meer indium in het lichtemitterende gebied plaatsen, waardoor de kwantumbronnen dikker worden.

En het probleem met galliumnitride in vergelijking met veel andere samengestelde halfgeleiders is dat de mismatch van de roosterparameter enorm is tussen verschillende legeringen. U krijgt dus veel spanning, en als dat niet goed wordt verlicht, krijgt u veel defecten die de prestaties van de LED belemmeren. Als je meer indiumatomen toevoegt, bestaat ook het risico van fasescheiding, waarbij ze alleen als metaalplaatjes blijven in plaats van kristallijne materialen te vormen.

Vervolgens bouwen we bovenop deze prachtige poreuze architectuur, zodat we de optische en mechanische eigenschappen van het materiaal kunnen manipuleren. We kunnen de mechanische eigenschap daadwerkelijk veranderen en de roosterparameter op een eenvoudige manier vergroten, zodat deze beter kan worden afgestemd op het lichtuitstralende gebied - het gebied met een hoog indiumgehalte dat we bovenop proberen te bouwen. Hoe dichter we bij elkaar kunnen komen, hoe minder problemen we zullen tegenkomen in het lichtemitterende gebied.

Wat zijn de implicaties van een rode indium gallium nitride LED naast groene en blauwe LED's?

Blauw en groen zijn al zeer succesvol en gevestigd met behulp van galliumnitride, maar de industrie heeft momenteel andere bronnen zoals galliumarsenide moeten gebruiken voor het rood. Dat is erg duur, zowel qua kapitaaluitgaven als qua doorvoer. Bovendien vermindert het mengen van verschillende materialen de opbrengst aanzienlijk, en daarmee ook de acceptatiegraad. Door alle kleuren uit één materiaal te halen, kunnen we de bestaande toeleveringsketen gebruiken om blauw en groen te maken en deze ook gebruiken om rood te genereren - zonder extra kapitaaluitgaven of complicaties met de verwerkingsstroom.

Je hebt ook afstembare golflengtezenders gemaakt, wat je DynamicPixelTuning® noemt. Hoe werken ze en veranderen ze het beeld dat je zojuist hebt beschreven?

Het was in zekere zin een ongeluk. Door het golflengtevermogen van galliumnitride uit te breiden naar rood, ontdekten we dat we de kleur eigenlijk ook naar de andere kant van het spectrum kunnen verschuiven. Fundamenteel is er bij galliumnitride enige interne spanning, die echt van invloed is op hoe de kwantumputten en de bandafstand reageren wanneer een externe bias wordt toegepast. Iedereen wil een stabiele enkele kleur bereiken, maar als je een stroom injecteert, zal die externe bias het interne veld beïnvloeden, waardoor de golfbanden variëren.

We kunnen de spanning verminderen, wat de stabiliteit zou verbeteren, maar we kunnen niet 100% van het interne veld elimineren alleen door materiaalmanipulatie. We vroegen ons af of we konden profiteren van de stamstatus en dat interne veld konden vergroten, dus als we een externe bias toepassen, is de verschuiving groot genoeg om alle kleuren te hebben. In feite kunnen we de grote golflengteverschuiving nu op een beheersbare manier bereiken. Het is een heel lineaire relatie, dus je kunt elke kleur hebben als functie van de huidige dichtheid.

We hebben dus twee manieren om de markt te benaderen en met bestaande mogelijkheden te werken, afhankelijk van de complexiteit van het systeem van een klant en hun beeldschermvereisten.

Wat biedt de toekomst voor Porotech? Bent u op zoek naar uitbreiding?

Voor ons is het erg belangrijk om enerzijds klanten binnen te halen, maar ook om ons risico te spreiden. We willen niet inzetten op slechts één marktsegment, dus kijken we naar drie belangrijke gebieden: grote tv en bewegwijzering; slimme wearables; en AR/VR. Met het eerste gebied hebben we het over nieuwe high-end tv's met 100-inch beeldschermen, die geen enkele andere bestaande technologie zo kosteneffectief kan implementeren.

Onze technologie kan voel- en aanraakfunctionaliteit mogelijk maken, waardoor slimme wearables in de toekomst meer gepersonaliseerde items kunnen worden

Wat slimme wearables betreft, hebben we het over slimme horloges, brillen en brillen. De micro-LED is in wezen een weergavetechnologie, maar het bouwt voort op het halfgeleiderecosysteem en de integratie met siliciumtransistors, dus het belooft ook integreerbaarheid en andere functionaliteit. Het kan display-informatie geven, maar kan ook voel- en aanraakfunctionaliteit inschakelen, waardoor slimme wearables in de toekomst meer gepersonaliseerde items kunnen worden.

Voor AR/VR proberen we naast de microled, het foton, de lichtopbrengst en de opto-elektronica ook een bijdrage te leveren. We richten ons ook op de toekomstige integratie met de siliciumgieterijen en siliciumtransistors. Dat is natuurlijk een stuk moeilijker vanwege het beperkte gewicht en het kleine volume dat nodig is om de AR/VR op een eenvoudige bril te implementeren.

Dus we zijn meer commercieel klaar voor de grote tv en slimme horloges, maar voor AR gaat het meer om de integratie en engineering op systeemniveau.

U bent begonnen als academicus, dus het moet een leercurve voor u zijn geweest om te leren praten over toeleveringsketens, kapitaaluitgaven en het integreren van uw product met verschillende apparaten

Ik ben eigenlijk nog steeds aan het leren, en ik ben best blij geweest om die uitdaging aan te gaan. Ik had academische excellentie kunnen nastreven, maar aangezien we aan toegepaste wetenschap en materialen doen, moeten we ons echt concentreren op hoe we dat kunnen implementeren ten voordele van de industrie en de mensen. Dus ik voelde me aanvankelijk behoorlijk opgepompt dat ik deze weg naar nieuwe persoonlijke ontwikkeling koos.

Industrie of wetenschap? Hoe u uw pad kiest

Je realiseert je al heel vroeg dat je minder capabel bent, minder goed geïnformeerd bent en geen ervaring hebt. Je moet leren van andere mensen. Het was heel goed dat het Cambridge-ecosysteem al dat mentorschap biedt bovenop de universitaire ondersteuning. Daarom hebben we een aantal jaren binnen en buiten de universiteit rondgezworven, een deel van de middelen gebruikt, marktonderzoek gedaan en onszelf opgeleid.

Leren is een eeuwigdurend proces terwijl we blijven groeien, maar het is een investering die zeer de moeite waard is.

Heb je enig advies voor mensen die hun technologie willen omzetten in een commercieel product?

Mijn advies zou zijn om meer te luisteren en minder te praten. Technologie is goed, natuurkunde is geweldig, maar dat is slechts een derde of een kwart van het probleem. Je hebt mensen, middelen en een strategie nodig om de technologie om te zetten in een echt product en om het businessplan te krijgen om dit te ondersteunen. U moet contact opnemen met een bredere gemeenschap om verschillende meningen en kritieken te horen. Neem die feedback en denk erover na om jezelf en je ideeën te verbeteren.

Ik denk dat dat een harde leercurve is waar iedereen doorheen moet. Maar toegeven dat je niet alles vanaf het begin kunt, en leren van meer ervaren mensen is erg belangrijk. Een klein bedrijf kan niet alles alleen. Je hebt veel hulp nodig van universiteit, overheid, supply chain en klanten en partners, zelfs je familie en vrienden. Dus luister meer en reflecteer op een persoonlijk niveau. Dat is wat ik zou aanraden.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/porotech-showcases-the-power-of-materials-science-in-full-colour/