LED À NANOFILS

Les nanosciences – et leurs conséquences, les nanotechnologies – qui explorent les matériaux à l’échelle du nanomètre (le milliardième de mètre), connaissent des progrès rapides grâce à une importante mobilisation de chercheurs et de moyens au carrefour de la recherche fondamentale et des développements industriels.

Une des caractéristiques essentielles des nanomatériaux est l’extrême sensibilité de leurs qualités à des variations infimes de leur structure. Comprendre cette sensibilité pour pouvoir la contrôler constitue un défi majeur dans le domaine. Ainsi, à l’Institut de technologie du Massachusetts (M.I.T.) de Cambridge (États-Unis), une équipe du département de science et d’ingénierie des matériaux a réussi, en 2012, à contrôler très finement le diamètre et la composition de nanofils constitués de segments de nitrure d’indium (InN) et de nitrure d’indium-gallium (InGan). Pour réaliser cet exploit technologique, ils ont modulé la pression des gaz d’indium et d’azote pendant la phase de croissance des nanofils synthétisés par dépôt de vapeur sur un germe cristallin d’or, tout en les observant par microscopie électronique en transmission.

Une récente étude des diodes électroluminescentes (LED) à nanofils par des physiciens de l’institut Niels Bohr de Copenhague, publiée dans la livraison du 23 juin 2015 de la revue ACS Nano, éditée par la Société américaine de chimie, est exemplaire. Effectuée à l’aide des faisceaux de lumière synchrotron de l’institut Desy (Deutsches Elektronen Synchrotron) de Hambourg (Allemagne), elle inaugure une nouvelle – et prometteuse – méthode expérimentale de contrôle de fabrication. Les nanofils utilisés dans ces LED ont un cœur de nitrure de gallium entouré d’une couche de nitrure d’indium-gallium. Leur longueur est de deux micromètres environ et leur diamètre de 10 à 500 nanomètres. Malgré le soin apporté à leur fabrication, les performances lumineuses des LED se sont révélées très variées. Si l’on suspecte naturellement les irrégularités à l’interface entre les deux matériaux constitutifs, mettre en évidence de façon détaillée les différences de leurs structures selon les échantillons était jusqu’à présent une gageure. La microscopie à rayons X est la technique adéquate à cette échelle, mais les études précédentes étaient lentes, coûteuses et destructives. L’équipe de Robert Feidenhans’l, professeur à l’université de Copenhague, a mis au point un processus original permettant d’obtenir l’image nanométrique d’une vingtaine de diodes en un seul cliché. Ils ont pour cela réussi à focaliser un faisceau de rayons X émis par l’accélérateur à électrons de l’institut Desy. Un détecteur de fluorescence et un récepteur à transfert de charge (ou détecteur CCD pour charged couple device) montrent l’intensité diffusée et les contraintes mécaniques dans le cœur et l’enveloppe de chacun des échantillons. Cette technique d’analyse et de contrôle peut en principe s’appliquer à l’échelle industrielle. En collaboration avec une compagnie suédoise, les chercheurs de Copenhague pensent que leur découverte permettra d’améliorer très sensiblement la qualité des LED à nanofils.

Les chercheurs scandinaves ne sont pas les seuls à s’intéresser aux nanofils pour améliorer les systèmes d’éclairage à LED. En France, par exemple, les résultats obtenus par le laboratoire d’électronique et de technologie de l’information (L.E.T.I.) du C.E.A. à Grenoble a permis la fondation de la compagnie Aledia, qui développe et fabrique des LED dont les nanofils sont implantés sur un support de silicium. Réaliser des LED moins chères et nécessitant encore moins de consommation électrique pour un éclairage de qualité est le but des nombreuses tentatives qui se développent actuellement dans un climat de grande concurrence.[...]