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LEDs mais baratos: eliminado componente mais caro em sua fabricação
Reator no interior do qual foi foram depositadas as camadas de nitreto que formam o novo LED.[Imagem: Purdue News Service photo/David Umberger]
Os LEDs deverão ser a fonte de iluminação do futuro em empresas e residências. Mesmo hoje, seu uso só não é maior porque eles ainda são caros em comparação com as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas (PL).
LEDs de safira
Um dos principais elementos responsáveis por esse elevado custo é que os LEDs azuis e verdes são construídos sobre um cristal de safira. Agora, pesquisadores da Universidade de Purdue, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica que substitui a safira pelo bem mais barato silício, largamente utilizado na indústria eletrônica.
O principal ingrediente de um LED, o material responsável pela emissão da luz, é o nitreto de gálio, que é depositado sobre um substrato de safira. Além do custo da própria safira, essa arquitetura exige a incorporação no LED de um coletor espelhado, para capturar a luz que normalmente se perderia.
Silício metalizado
Na nova técnica, os pesquisadores "metalizaram" um substrato de silício com uma camada reflexiva de nitreto de zircônio.
"Quando o LED emite luz, uma parte dela vai para baixo e outra vai para cima, e nós queremos que a luz que vai para baixo retorne para que não a percamos," explica o professor Timothy Sands, que coordenou o trabalho.
Cristalizando nitretos
Normalmente o nitreto de zircônio é muito instável na presença do silício, sofrendo reações químicas que alteram suas propriedades. Os pesquisadores resolveram o problema colocando uma camada isolante de nitreto de alumínio entre a base de silício e o nitreto de zircônio. É a primeira vez que se consegue construir um LED eficiente nessa arquitetura utilizando o silício como substrato.
Quanto são depositados sobre o silício, todos os três nitretos utilizados, de zircônio, de alumínio e de gálio, organizam-se em uma estrutura cristalina que combina com a estrutura do silício. Essa estruturação cristalina é essencial para que o LED funcione de forma eficiente.
Vantagens de custos e técnicas
Além da eliminação da safira, a técnica introduz um elemento adicional com grande potencial para reduzir ainda mais os custos: como ela utiliza o silício, a indústria poderá utilizar a técnica em larga escala, produzindo LEDs sobre grandes wafers de silício, o que não é possível quando se usa a safira. Quanto mais componentes são produzidos sobre uma única pastilha, mais barato se tornará cada componente individual.
Há também uma vantagem adicional em termos técnicos, porque o silício dissipa melhor o calor do que a safira. Ou seja, os LEDs, que já são conhecidos como lâmpadas frias, ficarão ainda mais frios, economizando energia e alcançando uma vida útil mais longa.
Os cientistas estimam que LEDs baseados na nova tecnologia poderão chegar ao mercado dentro de dois anos.
Redação do Site Inovação Tecnológica
(BR)
Reator no interior do qual foi foram depositadas as camadas de nitreto que formam o novo LED.[Imagem: Purdue News Service photo/David Umberger]
Os LEDs deverão ser a fonte de iluminação do futuro em empresas e residências. Mesmo hoje, seu uso só não é maior porque eles ainda são caros em comparação com as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas (PL).
LEDs de safira
Um dos principais elementos responsáveis por esse elevado custo é que os LEDs azuis e verdes são construídos sobre um cristal de safira. Agora, pesquisadores da Universidade de Purdue, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica que substitui a safira pelo bem mais barato silício, largamente utilizado na indústria eletrônica.
O principal ingrediente de um LED, o material responsável pela emissão da luz, é o nitreto de gálio, que é depositado sobre um substrato de safira. Além do custo da própria safira, essa arquitetura exige a incorporação no LED de um coletor espelhado, para capturar a luz que normalmente se perderia.
Silício metalizado
Na nova técnica, os pesquisadores "metalizaram" um substrato de silício com uma camada reflexiva de nitreto de zircônio.
"Quando o LED emite luz, uma parte dela vai para baixo e outra vai para cima, e nós queremos que a luz que vai para baixo retorne para que não a percamos," explica o professor Timothy Sands, que coordenou o trabalho.
Cristalizando nitretos
Normalmente o nitreto de zircônio é muito instável na presença do silício, sofrendo reações químicas que alteram suas propriedades. Os pesquisadores resolveram o problema colocando uma camada isolante de nitreto de alumínio entre a base de silício e o nitreto de zircônio. É a primeira vez que se consegue construir um LED eficiente nessa arquitetura utilizando o silício como substrato.
Quanto são depositados sobre o silício, todos os três nitretos utilizados, de zircônio, de alumínio e de gálio, organizam-se em uma estrutura cristalina que combina com a estrutura do silício. Essa estruturação cristalina é essencial para que o LED funcione de forma eficiente.
Vantagens de custos e técnicas
Além da eliminação da safira, a técnica introduz um elemento adicional com grande potencial para reduzir ainda mais os custos: como ela utiliza o silício, a indústria poderá utilizar a técnica em larga escala, produzindo LEDs sobre grandes wafers de silício, o que não é possível quando se usa a safira. Quanto mais componentes são produzidos sobre uma única pastilha, mais barato se tornará cada componente individual.
Há também uma vantagem adicional em termos técnicos, porque o silício dissipa melhor o calor do que a safira. Ou seja, os LEDs, que já são conhecidos como lâmpadas frias, ficarão ainda mais frios, economizando energia e alcançando uma vida útil mais longa.
Os cientistas estimam que LEDs baseados na nova tecnologia poderão chegar ao mercado dentro de dois anos.
Redação do Site Inovação Tecnológica
(BR)