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.
这项研究的目的是计算研究i)III-Nitride固态照明(SSL)设备的效率下垂和颜色降解如何受晶体原子性,内置结构领域以及电荷和声音传输过程的复杂相互作用的控制,以及ii)如何在纳米级的基本物理属性中调整基本物理属性可以在变换式的途径中。多尺寸数值方法主要建立在i)质量平行的分子动力学代码上,用于获得结构弛豫和声子模式,ii)原子紧密结合模型,以计算激子和光谱,以及iii)量子校正后的3-D-D Monte Carlo Transport Solver。从头算法和可用的实验数据将用于参数化和模型频段结构计算。智能优点:研究桥接连续体系统和从头启动材料建模范式之间的差距,并建议通过模拟包含1亿个原子的现实尺寸的设备来建议设计优化途径,这些设备随后可以由实验者使用设备来使用,以便使用该设备。模拟器将利用计算能力并评估佩塔斯莱群集的可靠性,使用新颖,内存 - 杂音和快速算法,并结合最先进的软件设计方法。BOADER的影响:到2025年,SSL具有潜力,到2025年,通过照明减少50%的自动运输,降低了2800万级的运输量,并将其交通率降低,并降低了碳排放性,并将其交通率降低。成像,农业和医学。 SSL将彻底改变半导体市场,并可以重新建立美国制造业领导。该模拟器和教程的免费版本将在nanohub.org上部署。研究结果将纳入本科和研究生课程。

项目成果

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