LEDs y Láser ultravioleta hechos de óxido de Zinc están en camino

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  • 09 09UTC enero 09UTC 2015
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ZnO TO THE RESCUE

El óxido de zinc absorbe y puede emitir luz ultravioleta.

Las Películas de DVD de alta definición y reproductores basados en láser azul apenas han llegado en el mercado, pero una nueva generación está a la vista, con la promesa de otro aumento de cinco veces en la densidad de almacenamiento. Un Disco de primera generación, que dependen de láser rojo, podría almacenar alrededor de 5 gigabytes de datos y los láseres azules llegarían a 50 GB. Pero si las longitudes de onda láser de los reproductores pudieran ser empujados hacia abajo en la parte ultravioleta del espectro, las densidades de disco podrían ser de 250 GB.

Diodos emisores de luz de un blanco brillante también podrían hacerse desde dispositivos UV, acelerando la sustitución de bombillas incandescentes ineficientes y fluorescentes compactas. Un LED en alta ultravioleta sería especialmente valioso según dice David Mira, director del centro de investigación de semiconductores en la Universidad Estatal Wright, en Dayton, Ohio. “Usted podría tener rojo puro, azul y fósforos verdes y continuación, excitarlos en cualquier proporción para obtener cualquier color “.

La clave para hacer dispositivos de UV es probable que sea óxido de Zinc: es un material mejor que el nitruro de galio para la fabricación de estos dispositivos, porque emite de forma natural (y absorbe) a esas longitudes de onda más eficientemente [ver foto “ZnO al Rescate” ]. Además de que es barato y abundante, el zinc se utiliza en medicamentos y protectores solares y es fácil de cultivar en obleas virtualmente sin defectos. El Nitruro de galio, además de ser caro y más difícil de obtener, emite más cerca del azul. En la práctica, muchos de los LED fabricados con nitruro de galio que están en el mercado hoy en día y dicen ser UV, realmente están operando más en la región violeta profundo de 350 a 370 nanómetros.

El obstáculo principal para la fabricación de dispositivos de óxido de zinc ha sido conseguir material estable y fiable con un exceso de agujeros o deficiencias de electrones. Hacer un LED o diodo láser requiere un cruce entre los materiales de tipo p y tipo n. Pero cuando parte del óxido de zinc está diseñado para actuar como material de tipo p, tiende a volver a su estado de tipo n natural después de unos pocos meses, lo que causaría que el dispositivo fallase. En contraste, los LEDs azules hechos de nitruro de galio tendrían una vida útil de 100 000 horas, o más de 10 años.

Un pequeño start-up Mo.-based de Columbia, con sede en Missouri llamado MOXtronics, un spin-off de la Universidad de Missouri, ha hecho un gran avance en la solución de problemas de estabilidad y de fabricación. Mediante el uso de una aleación de berilio con óxido de zinc, la compañía ha hecho el LED ultravioleta prototipo. Cuando son recubiertos con fósforo, los LED pueden generar luz blanca, azul, verde, y rojo.

Henry White, un profesor de física en la Universidad de Missouri y cofundador de MOXtronics, dice que los nuevos LEDs tienen el potencial de llegar a longitudes de onda tan bajas como 200 nm, que es profunda en la región UV. Él espera que, en dos o tres años, la eficiencia de los dispositivos y la potencia de salida pueda competir con los de los LEDs blancos de hoy, hecha de nitruro de galio. La compañía también está en el proceso de hacer los diodos láser UV.

El blanco producido por tales LEDs es suave y brillante, a diferencia de la emitida por los LEDs sort-of-white hechas en este momento mediante el recubrimiento de LEDs azules con un fósforo amarillo, observa Wright. Él cree que el óxido de zinc tiene una muy buena oportunidad de satisfacer las demandas difíciles del mercado de la luz blanca de estado sólido, que los analistas predicen dominará sobre bombillas incandescentes y fluorescentes en 2025, el ahorro de US $ 150 mil millones al año solamente en los Estados Unidos.

White dice que los dispositivos de MOXtronics son estables, aunque no especifica cuánto tiempo duran porque utilizan el arsénico para dopar el óxido de zinc con el fin de facilitar su material de tipo p. La mayoría de los esfuerzos de investigación se han centrado hasta ahora en el dopaje de óxido de zinc con nitrógeno o fósforo. White y su colega Yungryel Ryu han desarrollado una técnica llamada deposición por haz de híbrido, que utiliza un plasma de óxido de zinc y un plasma de oxígeno para depositar películas de óxido de zinc delgadas. Berilio, arsénico y otros dopantes se pueden añadir durante el proceso de crecer aleaciones de berilio óxido de zinc de tipo p y n. El berilio se añade a ampliar la banda prohibida la diferencia de energía entre la valencia y las bandas de conducción a fin de obtener las emisiones UV.

La dependencia de berilio podría ser un problema. Shengbai Zhang, científico senior en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, en Golden, Colorado, Señala que el berilio puede ser tóxico para los trabajadores durante la fabricación y por tanto, podrían ser reacios a utilizarlo. Pero la arsina gaseosa utilizada en los LED rojos de arseniuro de galio plantea los mismos problemas de seguridad, dice Zhang. “Si puede evitar el berilio, es más fácil, pero si usted lo usa, entonces… lo que se necesita es un control cuidadoso,” dice.

Hay otras cuestiones que tendrán que abordar, que tanto para Zhang como para Look son la necesidad imperiosa de una manera conveniente de hacer material de tipo p que tiene una duración de más de dos años. White dice que la deposición de haz híbrido de MOXtronics debería ser relativamente fácil de utilizar con las máquinas de crecimiento de obleas disponibles en el mercado, pero la compañía no ha demostrado esto todavía.

Mientras tanto, un avance crucial en la fabricación de material de tipo p llegó el año pasado de China, que, junto con Japón y Corea, lleva a los Estados Unidos a la investigación de óxido de zinc. Investigadores de la Universidad de Zhejiang, en Hangzhou obtendrían óxido de zinc dopado con litio y nitrógeno usando un método de deposición por láser pulsado estándar para obtener material tipo p de alta calidad que ha durado más de 16 meses.

Si estos métodos resultan fáciles de usar para los LED de óxido de zinc, la producción en masa y los diodos láser, podría ser el tipo de avance que puso en marcha la tecnología de nitruro de galio en 1993. “Alguien tiene que subir con una técnica de fabricación muy barata que sea fiable,” Look dice, “una receta para hacer un buen material sólido, de tipo p que cualquiera puede reproducir.”

 

By Prachi Patel Predd

Fuente: www.zinc.org