Fundamental Studies of Efficiency Droop in III-Nitride Solid-State Lighting Devices

III 族氮化物固态照明器件效率下降的基础研究

基本信息

  • 批准号:
    1102192
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.23万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-08-01 至 2016-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research is to computationally investigate i) how efficiency droop and color degradation in III-nitride solid-state lighting (SSL) devices are governed by an intricate interplay of crystal atomicity, built-in structural fields, and charge and phonon transport processes, and ii) how tuning the basic physical properties at nanoscale can create transformative solution paths. The multiscale numerical approach is built primarily upon i) a massively parallel molecular dynamics code for obtaining structural relaxation and phonon modes, ii) atomistic tight-binding models to calculate exciton and optical spectra, and iii) a quantum-corrected 3-D Monte Carlo transport solver. ab initio methods and available experimental data will be used for parameterization and model bandstructure calculations.Intellectual Merit: The research bridges the gap between continuum system and ab initio material modeling paradigms and will suggest design optimization routes by simulating realistically-sized devices containing 100 million atoms, which can subsequently be used by experimentalists to manufacture the device. The simulator will exploit computing capability and assess reliability of petascale clusters, use novel, memory-miserly, and fast algorithms, and incorporate state-of-the-art software design approaches.Broader Impact: SSL has the potential, by 2025, to decrease electricity consumed by lighting by 50%, cut ~28 million metric tons of carbon emission annually, and benefit general illumination, transportation, communication, automobiles, imaging, agriculture, and medicine. SSL will revolutionize semiconductor market and can reestablish U.S. manufacturing leadership. A free version of the simulator and tutorials will be deployed on nanoHUB.org. Findings of the research will be integrated into both undergraduate and graduate courses.
本研究的目的是通过计算研究i)晶体原子性、内置结构场以及电荷和声子输运过程的复杂相互作用如何控制iii -氮化物固态照明(SSL)器件的效率下降和颜色退化,以及ii)如何在纳米尺度上调整基本物理性质可以创建变革性的解决方案路径。多尺度数值方法主要建立在i)用于获得结构弛豫和声子模式的大规模并行分子动力学代码,ii)用于计算激子和光谱的原子紧密结合模型,以及iii)量子校正的3-D蒙特卡罗输运求解器。从头算方法和可用的实验数据将用于参数化和模型带结构计算。智力优势:该研究弥合了连续统系统和从头计算材料建模范式之间的差距,并将通过模拟包含1亿个原子的实际尺寸的设备来提出设计优化路线,这些设备随后可以被实验学家用于制造设备。该模拟器将利用计算能力并评估千万亿级集群的可靠性,使用新颖、内存节省和快速的算法,并结合最先进的软件设计方法。更广泛的影响:到2025年,SSL有潜力将照明耗电量减少50%,每年减少约2800万吨的碳排放,并使一般照明、交通、通信、汽车、成像、农业和医药受益。SSL将彻底改变半导体市场,并可以重建美国制造业的领导地位。模拟器和教程的免费版本将部署在nanoHUB.org上。研究结果将纳入本科和研究生课程。

项目成果

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    121932-1996
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  • 资助金额:
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  • 资助金额:
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知道了