Mientras el Premio Nobel de Física 2014 ha recaído en los inventores de una nueva fuente de luz de alta eficiencia energética y más respetuosa con el medio ambiente- el LED azul, los investigadores de la Universidad de Cambridge están acelerando su trabajo para producir LED de nitruro de galio (GaN LED) más rentables que puedan tener un uso generalizado en los hogares y oficinas. Sigue de Parte 1….
GaN de rapidísimo crecimiento
El equipo de Humphreys ha sido pionero en una técnica para depositar capas sucesivas de GaN y de GaN indio (nitruro de galio- indio), cada una de tan sólo 5 a10 átomos de espesor y cuyo crecimiento va a la velocidad de la hierba, sobre una oblea de silicio de seis pulgadas. La oblea se corta a continuación en hasta 150.000 piezas, cada una de las cuales forma el corazón de un pequeño LED. Utilizando esta tecnología, Plessey espera convertirse en el líder comercial en LED de GaN en silicio, produciendo miles de millones por año.
«Hacer crecer GaN en el silicio es un proceso bastante complejo», dijo Humphreys. Un problema particular es la aparición de grietas en el enfriamiento tras el crecimiento cuyas condiciones exigen una temperatura de 1000 ° C. Esto ahora ha sido resuelto por los investigadores a través de un cuidadoso equilibrio de la tensión en el material a medida que se enfría.
Plessey adquirió la técnica, cuando compró la spin-out de la Universidad de Cambridge CamGaN creada por Humphreys y sus colegas para comercializar la tecnología. El tamaño de las obleas de silicio es mayor que el de las obleas de zafiro convencionales de dos pulgadas, lo que significa que se puede fabricar un mayor número de LED. Casualmente, Plessey tenía una línea de procesamiento de seis pulgadas cuya actividad se había suspendido y la pudo reactivar para la producción actual.
«Cuando lanzamos CamGaN, fuimos contactados por empresas de todo el mundo que querían utilizar la tecnología», dijo Humphreys. «La investigación ha sido financiada con dinero del gobierno a través del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) y era importante para nosotros que esta investigación se explotase en el Reino Unido.»
Mientras tanto, los investigadores continúan su trabajo en lo que Humphreys describe como un material «verdaderamente notable». Una nueva instalación para el crecimiento de GaN valorada en 1 millón de libras (unos1,26 millones de euros) financiada por el EPSRC y realizada por AIXTRON Ltd, un colaborador a largo plazo del grupo de investigación de Humphreys, se ha instalado en Cambridge, donde los investigadores están ajustando aspectos puntuales del proceso de crecimiento para mejorar la eficiencia de la emisión de luz.
Aplicaciones avanzadas en medicina
Los beneficios de una mayor eficiencia podrían ir mucho más allá de la iluminación del hogar, y los investigadores ahora están buscando en aplicaciones que se extienden desde la biomedicina a la electrónica de potencia.
En colaboración con la Universidad de Manchester, planean construir dispositivos LED diminutos que pueden ser implantados por cirugía mínimamente invasiva en pacientes con cáncer que están siendo tratados con radioterapia. «Si un paciente se mueve, mientras que un haz de rayos X o protones se dirige a su tumor, entonces se arriesgan a que el tejido sano se dañe», explicó Humphreys. «Un LED conectado a un sensor podría detectar movimiento en el sitio del tumor con el fin de redirigir el haz.»
Incluso los dispositivos más diminutos se están investigando como un medio para activar las neuronas individuales en el cerebro. Trabajando con investigadores de Estados Unidos que participan en el Proyecto Mapa actividad cerebral (Brain Activity Map Project) – una iniciativa emblemática de la administración de Obama – los investigadores suministrarán LED que pueden ser implantados en el cerebro con el objetivo de mapear la actividad de cada neurona, para entender cómo funciona el cerebro, tanto en la salud como en la enfermedad.
Aplicaciones para la mejora de la salubridad y conectividad
La purificación de agua es otra área donde los LED podrían beneficiar la salud de millones de personas. «La vida en la Tierra se ha desarrollado en ausencia del Ultra-violeta (UV) profundo y por lo tanto podemos matar las bacterias y los virus al dañar su ADN utilizando luz UV profunda», dijo Humphreys. La idea es tener un anillo de LED alimentados por células solares en el interior de las tuberías de agua. «Ya tenemos LED con el nivel de energía adecuado para hacer esto, sólo tenemos que aumentar la intensidad.»
A través de los proyectos de colaboración con las Universidades de Glasgow y Strathclyde también se está investigando los transistores de GaN como unidades de electrónica de potencia en los dispositivos que administran la energía eléctrica asi como el potencial de los LED como transmisores Wifi basados en la luz (la llamada Li-Fi). Humphreys cree que llegará el día en que los dispositivos de GaN iluminarán nuestras casas, alimentarán nuestros teléfonos móviles, ordenadores portátiles, motores de coches y de aviones, y nos conectarán de forma inalámbrica a la información transmitida desde los semáforos y el alumbrado público.
«Además de los 2 mil millones de libras al año en ahorros de electricidad que proporcionan los LED de GaN, los transistores de GaN podrían ayudar a ahorra al Reino Unido 1.000 millones de libras en electrónica de potencia y entre un 15 a 20% de las emisiones de carbono, a la vez que los os LED GaN UV podrían salvar millones de vidas» dijo Humphreys.
Plessey, mientras tanto, se centra en la mejora del producto y la reducción de costes. «Hay grandes jugadores en el mercado, pero fuimos los primeros en comercializar LEDs GaN-en-silicio,» dijo el Dr. Keith Strickland Director de Tecnología de Plessey. «Nuestra relación continua con el grupo de investigación de Cambridge nos ayudará a impulsar esta tecnología llevándola a su máximo potencial.»
Fuente: Creative Commons.
