Els LEDs blaus (Akasaki, Amano, Nakamura: Premi Nobel de Física, 2014)

La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Física a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano i Shuji Nakamura “per la invenció de diodes emissors de llum blava eficients, que han permès la consecució de llums blanques brillants estalviadores d’energia

Isamu Akasaki

赤崎 勇 (*Kagoshima, 30.1.1929) es va graduar a la Universitat de Kioto el 1952. Es doctorà en enginyeria electrònica a la Universitat de Nagoia el 1964. En la segona meitat dels 1960 començà a treballar amb diodes emissors de llum de nitrur de gal·li (GaN) en l’Institut de Recerca Matsuhita de Tòkio (MRIT). Per al desenvolupament de LED que emetessin en llum blava, va esforçar-se en la qualitat dels cristalls de GaN (emprant l’epitàxia metal·lorgànica en fase de vapor) i en l’estructura del dispositiu. El 1981 passà a la Universitat de Nagoya, on el seu grup de recerca reeixí a fer crèixer cristall de GaN d’alta qualitat damunt d’un substrat de safir. Dopat amb magnesi, aconseguiren un diode de tipus p de GaN. En el 1989 aconseguien una connexió p-n de GaN que emetia llum en la banda blava i ultraviolada. Les patents successives van servir, entre d’altres coses, per finançar l’Institut Akasaki de la Universitat de Nagoia.

Hiroshi Amano

天野 浩 (*Hamamatsu, 11.9.1960) es va doctorar en enginyeria electrònica a la Universitat de Nagoia. Especialitzat en enginyeria de semiconductors, treballà en el grup d’Isamu Akasaki en el desenvolupament de diodes emissors de llum blava.

Shuji Nakamura

中村 修二 (*Ikata, Ehime, 22.5.1954) es va graduar en enginyeria electrònica a la Universitat de Tokushima (1977). Completat el mestratge en el 1979, entrà a treballar per la Nichia Corporation, a Tokushima mateix. En el si de la Nichia Corporation aconseguí el desenvolupament d’un diode emissor de llum blava brillant. Aquest component, fet també de GaN, superava en lluminositat els LEDs blaus que havien desenvolupat Akasaki i Amano a la Universitat de Nagoia. El LED blau brillant de Nakamura, quan era recobert de fòsfor, emetia un llum groga. Això podia ser la base de la il·luminació blanca amb LEDs. El fundador de Nichi, Nobuo Ogawa va creure en el projecte, però la direcció en veure la lentitud dels treballs de Nakamura decidí prescindir-ne. Nakamura, de totes maneres, en solitari, coronà el projecte, i el 1993 començà la comercialització d’il·luminació amb LEDs. Nakamura mantingué els vincles amb Nichia fins el 1999, quan passà a la Universitat de Califòrnia a Santa Barbara com a professor d’enginyeria. Des de Santa Barbara pledejaria amb Nichia pels drets de la descoberta, i les dues parts no arribarien a un acord fins el 2005. Al costat de Steven DenBaars i James Speck, fundà Soraa, companyia dedicada el desenvolupament de tecnologies d’il·luminació d’estat sòlid, gairebé sempre basades en GaN pur.

Els LEDs en la generació de llum blanca

Components d’un LED (a dalt) i esquema de funcionament electrònic (a sota)

Els primers diodes emissors de llum (LEDs), que emetien de la banda infraroja fins a la banda verda, no eren suficients per aconseguir llum blanca. Mancaven els LEDs blaus. Si els primers LEDs apareixen en els anys 1950, els LEDs blaus no ho fan fins a final dels anys 1980. La llum blanca hom la pot aconseguir amb LEDs blaus que il·luminen materials fosforescents que reemeten llum verda i vermella, o bé amb una combinació de LEDs blaus amb LEDs verds i vermells. De mica en mica, la il·luminació LEDs guanya espai en detriment de les làmpades incandescents i de les fluorescents.

Després d’uns primers intents d’aconseguir LEDs blaus amb seleniür de zinc (ZnSe) o amb carbur de silici (SiC), els esforços se centraren en el nitrur de gal·li (GaN). El repte era combinar una correcta cristal·lització de GaN amb l’ús d’agents dopants que conferissin les propietats electròniques adequades. Isamu Akasaki esmerçà gairebé dotze anys (1974-1986) en adaptar la tècnica de cristal·lització a aquestes exigències. La combinació de temperatures de deposició i de creixement i l’ús d’agents dopants que no interferissin amb la cristal·lització no fou gens senzilla. Superada aquesta fase, el grup d’Akasaki i el grup de Nakamura entre d’altres cercaren la millora de l’eficiència del LED blau.

El mercat de la il·luminació blanca amb LEDs es troba en creixement. Els dispositius tenen una vida de l’ordre de 100.000 hores i presenten una eficiència de 300 lm/W. És qüestió de temps que substitueixin els sistemes previs d’il·luminació elèctrica. Hom compta amb una reducció consegüent de les necessitats d’electricitat per a il·luminació. Però l’experiència assenyala que el menor consum elèctric i la major il·luminació també poden facilitar els excessos i la consegüent contaminació lumínica addicional.

Aquesta entrada ha esta publicada en 6. La Civilització. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada