Brevet FR2840502A1 — publié le 20031205

Domaine d'invention: Cette invention concerne une diode électroluminescente( LED ) et particulièrement avec nano-particules. Arrière plan de l'invention: Récemment, la technique en matière d'epitaxie s'est sensiblement améliorée en sorte qu'il est désormais possible d'obtenir une double hétéostructure d'excellente qualité et susceptible d'obtenir une diode électroluminescente avec un quantum d'efficacité supérieur à 90%. Toutefois l'électroluminescence de la diode se forme normalement par le développement d'epitaxie qui retarde la vitesse de formation. Les structures de petites dimensions qui incluent les nano-particules ou les points de quantum permettent d'augmenter de manière significative la densité électrique qui accroît la probabilité d'émission lumineuse. Ces structures de petites dimensions peuvent être épitaxiallement développées en matériaux tels que des couches GaAs ou formées séparément par des procédures chimiques. Les nano-particuless luminescentes formées selon des méthodes chimiques présentent plusieurs avantages : 1) Elles peuvent se dissoudre dans du dissolvant pour se liquéfier; 2) Elles peuvent être appliquées sur n'importe quel support selon diverses manières telles que: vaporisation, trempage ou en centrifugation;3) La vitesse peut être très rapide (quelques micromètres par seconde ( m/sec)) ; ainsi, la surface et le volume peuvent être très élevés. La vitesse dans la procédure d'épitaxie est très restreinte sur les supports de base. De même, les structures de petites dimensions incluant les nano-particules sont habituellement formées à partir d'une surface de densité très réduite. Ainsi, la vitesse de formation est très lente ( de l'ordre de quelques micromètres par heure; m/hr). De plus, cela nécessite un équipement pour faire le vide afin de mener à bien l'opération nécessaire. Le procédé pour fabriquer des nano-particules mono-dispersées est peu coûteux et d'application industrielle aisée. Ceci encourage l'utilisation d'un pompage électrique pour réaliser des instruments d'émission de lumière à base de nano-particules. Description: Les exemples suivants permettent de mieux percevoir les aspects de la présente invention . La présente invention permet d'obtenir une diode électroluminescente (LED) à nano-particules (10)- (FiglA)- qui comprend au moins une première électrode( 12 )pour faciliter la conduction électrique, un support 11sur lequel ladite diode s'appuie, une couche de nano-particules oxydées ou électro-luminescentes 13 pour @ l'émission de lumière et une seconde électrode (14) pour la conduction électrique. Ladite première électrode (12) peut être de type N ou de type P en métal, tel que or, argent, aluminium, ou magnésium. Ledit support ( Il ) peut être un support semi-conducteur ou isolant, de manière habituelle ce support (11) est un support en silicium. De la même façon, ladite première électrode (14) peut être de type N ou de type P, c'est à dire dans un matériau différent de ladite première électrode (12) en métal tel en or, argent, aluminium, ou magnésium. De plus, la couche de nano-particules électroluminescentes (13) est une couche de nano-particules semi-conductrices luminescentes (tel que CdS) ou encore une couche de macromolécules. Dans l'exemple, chaque nano-particule ( 131 ) de ladite couche de nano-particules luminescentes ( 13) est caractérisée par un diamètre compris entre 5nm et 500nm, quand le diamètre de la nano-particule (131) est inférieur à lOnm. De plus, chaque nano-particule luminescente de ladite couche de nano-particules (13) est diffusée de manière uniforme afin d'obtenir une meilleure émission lumineuse. La figure 1B montre que le courant électrique parcourt la couche de nano-particules luminescentes (23)par la première électrode ( 21 ) et la deuxième électrode ( 24 ) pour l'émission de la lumière. Les nano-particules électroluminescentes obtenues en application de la présente invention s'illustrent par l'exemple suivant. En premier lieu, il faut dissoudre les grains de nano-particules de CdS. Puis, dissoudre 0.80/3.0mmole de cadmium d'acétate déshydraté[Cd (CH3COO)2.2H20, 0.80 g, 3.0 mmole] dans 20ml de mélange liquide de 20 ml d'acétonitrile, de méthanol et d'eau avec un ratio de 1 :1 :2 pour obtenir la première solution. Une seconde solution contenant du disodium sulfide nanohydraté (NA2S.9H20, 0.36g/1.5mmole) et thiophenol p-hydroxy (0,56 g, 4.4 mmole) dans 20ml du même mélange liquide. Mélanger le premier liquide et le deuxième liquide, puis, les remuer vigoureusement à température ambiante à l'abri de la lumière pendant 18 heures. Après centrifugation et plusieurs rinçages avec de l'eau dé-ionisé, on obtient 0.70g d'une poudre jaune de nano-particules de CdS enveloppées d'hydroxy thiophenol. En remplaçant la partie d'acétate de cadmium avec de l'acétate de manganèse, on prépare des nano-particules de CdS avec différentes concentratrions de manganèse (5%, 10% et 20%). Le diamètre des nano-particules de CdS est de l'ordre de 5nm. Avec les vibrations ultrasoniques et par percolation, les solutions de trempage sont obtenues par la dissolution des nano-particules dans de l'éthanolconcentré à 1%. Selon une autre méthode de réalisation on obtient une diode électroluminescente sur une couche de silicium de la manière suivante : En premier lieu, utiliser une plaquette de silicium à faible conductivité (1015/cm3) comme support. Rincer les plaquettes de silicium dans de l'acétone, du méthanol, et de l'eau dé-ionisée par ultrasons. Les plaquettes sont placées avec la solution décrite ci-dessus dans une centrifugeuse à une vitesse de 4.000 tours/minute pendant 60 secondes. Les étapes de réalisation des diodes à émission de lumière sont les suivantes ; trois procédures sont à suivre: 1- La plaquette est placée dans une chambre dans laquelle la pression d'air, de 75mmHg et la température ambiante sont maintenues pendant5 minutes afin d'éliminer l'éthanol, 2- les échantillons sont ensuite traités par cuisson par réchauffement rapide à 425 c. pendant 5 minutes. Le processus de cuisson s'effectue à une pression d'air de 75 mmHg. A cette température, la substance chimique se décompose. Les nano-particules de CdS sont immergées dans un environnement à haute concentration d'oxygène. Les solutions de nano-particules (1%) ont été mélangées séparément avec 315FX et nano-particules de SiO2 (6% par volume, diamètre moyen de 12nm, dissout dans de l'isopropanol); la couche de silicium nettoyée est recouverte avec les deux solutions ; les deux échantillons sont traité par cuisson par réchauffement rapide. Ensuite, les électrodes supérieures et inférieures se détachent par l'effet de l'évaporation thermique. Avant le dépôt de la couche d'or, une couche de chrome de 3 nm se volatilise par double contact ; voir la figure 2, qui illustre le diagramme de courbe I-V de l'électrode de type N et de type P silicium respectivement quant il sont soumis à une puissance d'environ 3 V. Le pic d'émission de lumière du premier échantillon en 526.5 nm (Voir la figure 3), celui du deuxième échantillon ( Figure 3B ) et du troisième échantillon ( Figure 3C ) diminuent de 526. 5 nm à 513.7 nm ,et augmentent à 571.5 nm en fonction de l'impureté de l'oxygène. Le pic d'émission de lumière ( 526.5nm) diminue (513.7nm) avec l'augmentation de la température en procédure de production (la température s'élève à 425 C) ,mais en augmentant l'intensité;en cas de production dans l'environnement d'oxygène. Le nouveau pic d'émission de lumière à 571. 5 nm résulte du blocage des apports d'impuretés. Les avantages des nano-particules fabriquées en procédure chimique sont les suivants : 1- Ils peuvent se produire en quantité et se dissoudre dans du liquide; 2- Les façons d'appliquer sont diverses: vaporisation, trempage ou centrifugation permettant la formation d'une couche ; 3- La vitesse doit être très rapide - quelques micromètres par seconde ( m/sec) pour produire une diode de grande densité et de grande dimension, la surface n'est limitée que par celle du support. La diode électroluminescente à nano-particules permet une économie de coût de fabrication, et de fabriquer les diodes électroluminescentes de plus grande dimension. Cette invention peut être réalisée sous d'autres formes en respectant les procédures décrites. Revendications: 1- Diode électroluminescente à nano-particules caractérisée en ce qu'elle comprends au moins: une première électrode pour la conduction de l'électricité, - un support pour le développement de la diode électroluminescente, -une couche de nano-particules électroluminescentes pour l'émission de la lumière, - une deuxième électrode pour la conduction de l'électricité, dont la couche de nano-particules électroluminescentes émet de la lumière dès que le courant électrique parcourt la diode électroluminescente à nano-particules par la première et la deuxième électrode. 2- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les nano-particules dans la diode électroluminescente sont des nano-particules oxydées. 3- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les nano-particules dans la diode électroluminescente sont des nano-particules semi-conductrices électroluminescentes. 4- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les nano-particules dans la diode électroluminescente sont des nano-particules électroluminescentes macromoculées. 5- Diode selon la revendication 3 caractérisée en ce que les nano-particules semi-conductrices dans la diode électroluminescente sont des nano-particules de CdS. 6- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque nano-particule dans la couche de nano-particules électroluminescentes de la diode électroluminescente a un diamètre compris entre 5nm et 500nm. 7- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les nano-particules dans la couche des nano-particuies électroluminescentes sont répandues de manière uniforme afin d'augmenter le rendement d'émission lumineuse. 8- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que le support est semi-conducteur. 9- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que le support est essentiellement un support isolant. 10-Diode selon la revendication 8 caractérisée en ce que le support est une plaquette de silicium 11- Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les matériaux du premier électrode sont en or, argent, aluminium et magnésium. 12 -Diode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les matériaux de la deuxième électrode sont en or, argent, aluminium et magnésium.