新型成像方法为LED材料研究带来全新见解

发光二极管（LED）广泛应用于从家庭照明、手机到大型显示屏的各个领域。提高其效率不仅能降低能耗，还能提升众多技术的性能。一项由利物浦大学和斯特拉斯克莱德大学研究人员参与的新研究，展示了一种识别微小晶体缺陷的有效方法，这些缺陷会降低LED材料的效率。这一进展有助于科学家更深入地理解这些缺陷的形成机制，并最终助力开发更高效的电子和光电器件。

LED通常由氮化镓制成，这是一种晶体材料，其性质取决于内部原子的排列方式。在晶体生长过程中，可能会形成称为位错的微小瑕疵。这类线状缺陷会破坏晶体原本规则的原子结构，并降低电能转化为光的效率。

因此，了解位错的数量和分布对于提升LED材料性能至关重要。然而，识别这些位错一直存在挑战。

以往，研究人员通常依赖透射电子显微镜（TEM），这种技术需要制备极薄的样品，并且只能观察材料上非常微小的区域。尽管TEM能提供高度细节，但该方法耗时，且不一定总能呈现晶体整体的代表性图像。

在这项发表于《材料学报》的新研究中，团队采用了一系列扫描电子显微镜技术，能够更轻松地检测大得多的区域。他们特别应用了电子背散射衍射（EBSD），该技术可在微观尺度上测量晶体取向的细微变化。

通过将EBSD与利物浦大学地球科学家约翰·惠勒开发的一种计算方法相结合，研究人员得以识别出单个位错，并区分不同类型的位错，包括刃位错、螺位错和混合位错。

这项研究迈出了重要一步，因为以往基于EBSD的方法只能探测到由大量位错引起的畸变，但细节不足以直接识别单个缺陷。研究人员认为，这是首次在氮化镓中使用这种方法实现此类成像。

EBSD数据获取

除LED技术外，该方法还可应用于各种晶体材料，从先进的人造材料到天然矿物，在这些材料中，位错对决定其性质和行为起着关键作用。这项工作也建立在早期研究基础之上，这些研究表明EBSD可以揭示晶体内部的细微形变，并帮助研究人员探索塑造材料的过程。

研究的共同作者、利物浦大学George Herdman地质学教授John Wheeler表示：“能够利用EBSD识别单个位错是一项重要进步。该技术使我们能够在比以往大得多的区域上研究缺陷，帮助研究人员更清晰地了解晶体如何生长和变形。这些知识不仅对LED材料意义重大，对广泛存在的天然和工程材料也极具价值。”

相关链接：https://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122185