摩擦电控发光二极管的理论建模分析

摘要： 本文展示了将摩擦纳米发电机（TENG）作为机械光触发手段来控制基于氮化镓（InGaN）的发光二极管（LED）。LED的光提取是一个包含两个连续步骤的过程：首先，通过调节晶体管沟道宽长比，利用TENG产生的电压控制MOSFET晶体管的栅源电流；其次，将MOSFET晶体管产生的漏源电流作为注入电流传输至LED，从而激发其表面向空气的自发辐射。研究考察了红、绿、蓝三种LED颜色。在P型与N型MOSFET晶体管配置下，均观察到RGB波长波段内这些InGaN基LED产生显著发射功率。通过优化TENG-MOSFET-RGB LED组合几何结构、尺寸参数及MOSFET晶体管漏源极间偏置电压，可实现对发射光谱的调控。随着TENG作为能量收集技术的最新进展，本研究为提升各类LED器件的光提取效率提供了新方法。鉴于光电器件性能的提升，摩擦光电子学领域日益受到关注，本工作首次（据我们所知）基于有限元建模提出了理论框架，不仅深入揭示了摩擦光电子器件的工作原理，更为未来器件设计提供了指导准则。