Des LED en nanocristaux de silicium mises au point par des chercheurs

Le Karlsruhe Institute of Technology (KIT) conjointement avec l’université de Toronto a fait un grand pas vers la conception de LED à base de silicium. Pour l’heure, il s’agit d’un travail en laboratoire, mais les SiLED (silicium Light-Emitting Diode) pourraient rapidement arriver sur le marché et remplacer les actuelles LED.

Impact écologique et coût réduit

En premier lieu, ces LED à haut rendement mises au point en laboratoire ont été conçues sans utilisation de métaux lourds. L’impact environnemental est ainsi réduit tout comme le coût puisque le silicium est plus abondant que le saphir généralement utilisé comme substrat pour la fabrication de LED.

Mais au-delà de l’impact écologique et de la réduction de coût, les SiLED pourraient permettre aux diodes électroluminescentes de supplanter définitivement les ampoules à incandescence.

Dans le domaine de l’électronique grand public, elles se traduiront par une démocratisation des écrans à très haute résolution pour les HDTV et les terminaux mobiles. Ainsi, les écrans affichant des densités de pixels supérieures à 300 ppp (pixels par pouce) et à plus forte raison supérieures à 400 ppp (le HTC One affiche 468 ppp sur son écran de 4,7 pouces) nécessitent plus de rétroéclairage. Le coût augmente alors tout comme la consommation électrique.

Concrètement, le KIT a mis au point les SiLED en utilisant des nanocristaux de silicium composés de particules mesurant seulement quelques nanomètres et comprenant quelques centaines (tout au plus quelques milliers) d’atomes. Jusqu’à présent, le silicium était considéré comme non adapté à la conception de LED à l’échelle macroscopique (il a tendance à se briser lors du processus de fabrication) même si ses propriétés en termes d’émission de photons à l’échelle nanométrique sont bien connues.

Les nanocristaux de silicium augmentent la stabilité

De surcroît, l’utilisation de nanocristaux de silicium augmente la durée de vie de la LED. « … nos diodes électroluminescentes ont une étonnante stabilité à long terme qui n’avait pas été atteinte jusqu’à présent », précise Florian Maier-Flaig, chercheur au Light Technology Institute (LTI) du KIT et doctorant de l’École de Karlsruhe en Optique et Photonique (KSOP).

Les réglages de la longueur d’onde et donc de la couleur émise sont obtenus en séparant les nanoparticules suivant leur taille. Les développements démontrent par ailleurs une homogénéité impressionnante des zones lumineuses, une propriété intéressante pour la conception d’écrans.

Les recherches sur ces LED à base de nanocristaux de silicium pourraient avoir un impact encore insoupçonné sur les composants à semiconducteurs. Geoffrey A. Ozin, qui travaille actuellement comme chercheur au KIT, estime que « les potentiels associés peuvent difficilement être estimés aujourd’hui« .

Si les SiLED ne restent pas cantonnées aux laboratoires, elles pourraient nécessiter la réécriture de la loi de Haitz, l’équivalent de la loi de Moore pour les LED. Jusqu’à présent, celle-ci stipule que les performances des LED doublent tous les 36 mois et que les coûts sont divisés par 10 tous les 10 ans.