Les gourous des nanofils du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont fabriqué des diodes électroluminescentes (DEL) ultraviolettes qui, grâce à un type spécial de coque, produisent une intensité lumineuse cinq fois plus élevée que les LED comparables basées sur une conception de coque plus simple.

Les LED ultraviolettes sont utilisées dans un nombre croissant d'applications telles que le durcissement des polymères, purification de l'eau et désinfection médicale. Les micro-LED sont également intéressantes pour les affichages visuels. Le personnel du NIST expérimente des LED à base de nanofils pour les pointes de sonde à balayage destinées aux applications électroniques et biologiques.

Le nouveau, des LED plus lumineuses sont le résultat de l'expertise du NIST dans la fabrication de nanofils de nitrure de gallium (GaN) de haute qualité. Dernièrement, les chercheurs ont expérimenté des noyaux de nanofils en GaN dopé au silicium, qui a des électrons supplémentaires, entouré de coques en GaN dopé magnésium, qui a un surplus de "trous" pour les électrons manquants. Quand un électron et un trou se combinent, l'énergie est libérée sous forme de lumière, un processus connu sous le nom d'électroluminescence.

Le groupe NIST a précédemment démontré des LED qui produisaient de la lumière attribuée aux électrons injectés dans la couche de coque pour se recombiner avec des trous. Les nouvelles LED ont un tout petit peu d'aluminium ajouté à la couche de coque, ce qui réduit les pertes dues au débordement d'électrons et à la réabsorption de la lumière.

Comme décrit dans le journal Nanotechnologie , les LED les plus lumineuses sont fabriquées à partir de nanofils avec une structure dite "p-i-n", une conception à trois couches qui injecte des électrons et des trous dans le nanofil. L'ajout d'aluminium à la coque permet de confiner les électrons dans le noyau du nanofil, multipliant par cinq l'électroluminescence.

"Le rôle de l'aluminium est d'introduire une asymétrie dans le courant électrique qui empêche les électrons de s'écouler dans la couche d'enveloppe, ce qui réduirait l'efficacité, et confine à la place des électrons et des trous au noyau du nanofil, " a déclaré le premier auteur Matt Brubaker.

Les structures de test des nanofils mesuraient environ 440 nanomètres (nm) de long avec une épaisseur de coque d'environ 40 nm. Les LED finales, y compris les coquilles, étaient presque 10 fois plus gros. Les chercheurs ont découvert que la quantité d'aluminium incorporée dans les structures fabriquées dépend du diamètre du nanofil.

Le chef du groupe, Kris Bertness, a déclaré qu'au moins deux sociétés développaient des micro-LED à base de nanofils, et le NIST a un accord de recherche et de développement coopératif avec l'un d'entre eux pour développer des méthodes de caractérisation des dopants et de la structure. Les chercheurs ont eu des discussions préliminaires avec des sociétés de sondes à balayage sur l'utilisation de LED NIST dans leurs pointes de sonde, et le NIST prévoit de démontrer bientôt des prototypes d'outils LED.

L'équipe du NIST détient le brevet américain 8, 484, 756 sur un instrument qui combine la microscopie à sonde à balayage micro-ondes avec une LED pour non destructif, test sans contact de la qualité des matériaux pour les nanostructures semi-conductrices importantes telles que les canaux de transistor et les grains individuels dans les cellules solaires. La sonde pourrait également être utilisée pour la recherche biologique sur le dépliement des protéines et la structure cellulaire.