Une équipe de chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Pohang et de l’Institut coréen des sciences fondamentales a démontré l’électroluminescence dans l’ultraviolet profond (DUV) et la génération de photocourants dans le nitrure de bore hexagonal, un semi-conducteur souvent appelé le “graphène blanc”.
LED à base de nitrure de bore hexagonal pour l’ultraviolet profond. Crédit photo : Université des sciences et technologies de Pohang.
“Contrairement à la lumière visible, la lumière ultraviolette (UV) peut détruire ou modifier la forme d’un matériau”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Jonghwan Kim, et ses collègues.
“Parmi les lumières UV, la lumière proche de l’UV a une grande profondeur de pénétration et peut provoquer des maladies lorsque la peau y est exposée.”
“Cependant, la lumière DUV (200-280 nm) a une pénétration cutanée extrêmement faible et devrait être utilisée en toute sécurité”, ont-ils ajouté.
“Pour cette raison, la recherche pour développer des LED DUV a été active, utilisant principalement le nitrure d’aluminium et de gallium (AlxGa1-xN).”
“Cependant, ce matériau présente une limitation fondamentale en ce que son électroluminescence se détériore rapidement lorsque la longueur d’onde devient plus courte et la fabrication de LED pouvant être utilisées dans les fréquences DUV reste un défi.”
Pour leurs recherches, le professeur Kim et ses co-auteurs ont utilisé un semi-conducteur de Van der Waals appelé nitrure de bore hexagonal.
Contrairement à l’AlxGa1-xN, ce matériau transparent en couches émet une luminescence aux fréquences DUV.
“Cependant, il a été difficile d’injecter des électrons et des trous en raison de sa grande bande interdite, ce qui le rend difficile à transformer en LED”, ont déclaré les auteurs.
“Pour ce faire, nous nous sommes concentrés sur l’injection d’électrons et de trous aux bords de bande du nitrure de bore hexagonal en appliquant une forte tension au nanofilm de nitrure de bore hexagonal induisant le mécanisme de tunnellisation.”
“Grâce à cela, nous avons fabriqué avec succès un dispositif LED basé sur une hétérostructure de van der Waals empilée avec du graphène, du nitrure de bore hexagonal et du graphène.”
En utilisant la micro-spectroscopie DUV, l’équipe a ensuite confirmé que le dispositif nouvellement fabriqué émet une forte lumière UV.
“Le développement d’un nouveau matériau LED à haut rendement dans une nouvelle fréquence peut être le point de départ d’applications de dispositifs optiques révolutionnaires qui n’ont jamais été vues auparavant”, a déclaré le professeur Kim.
“Il est significatif que cette étude ait présenté la première démonstration d’une LED dans l’ultraviolet profond basée sur le nitrure de bore hexagonal.”
“Par rapport à la technologie conventionnelle de l’AlxGa1-xN, le nouveau matériau présente une efficacité de luminescence nettement supérieure et permet la miniaturisation. “
“Il est prévu qu’il soit hautement applicable dans les systèmes de stérilisation virale et bactérienne, les processus de fabrication de dispositifs à semi-conducteurs et la communication sans fil à courte portée à l’avenir.”
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans le journal Nature Communications.
