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Led : le semi-conducteur

Dossier - Les Led, l’éclairage de demain
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Des phares de voiture aux luminaires du salon, les Led sont partout. Apprenez comment elles fonctionnent, comment on les fabrique, et les raisons qui font des Led les sources de lumière de choix pour demain. Les paramètres qui distinguent les Led seront aussi passés en revue.

  
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Comme nous l'avons mentionné précédemment, le semi-conducteur est le moteur de la Led. Il est constitué d'un empilement de différentes couches, et suivant la méthode d'alimentation choisie par le fabricant, la structure du semi-conducteur est différente.

© Axel Schwenke, CC BY-NC 2.0

Il existe différents différents types de structure de semi-conducteurs utilisés dans la fabrication des Led (voir l'illustration ci-dessous) :

Structures de semi-conducteurs les plus répandues : latérale (a), verticale (b) et flip chip (c). Le détail de chaque structure est donné dans le texte ci-dessous. © Led Engineering Development
  • structure latérale à fil d'or : l'alimentation se fait quasiment sur un même plan, avec un léger décroché pour l'une des deux électrodes pour permettre de réaliser la zone active du semi-conducteur de quelques microns ;
  • structure verticale à fil d'or : Dans ce cas, l'alimentation se fait par le dessus du semi-conducteur, qui est soudé sur une embase qui conduit le courant ainsi que la chaleur ;
  • structure flip chip : Des microbilles assurent dans ce cas de figure la conduction électrique, le tout se faisant par le dessous de la puce semi-conductrice, anode comme cathode.

Le semi-conducteur produit une lumière relativement monochromatique, et il est possible de créer un grand nombre de couleurs suivant le type de semi-conducteur utilisé.

Toutefois, ils ne se comportent pas de la même manière face aux sollicitations électriques et thermiques. Ainsi, une Led constituée d'un semi-conducteur émettant dans le rouge ou l'ambre est beaucoup plus sensible à la température qu'un semi-conducteur émettant du bleu. Alors que la Led rouge perd plus de 50 % de son flux si le semi-conducteur fonctionne autour de 70 ou 80 °C (par rapport à celui émis pour une température de la jonction autour de 25 °C), un semi-conducteur émettant dans le bleu perdra dans des conditions thermiques identiques de l'ordre de 5 à 10 % de son flux initial (à 25 °C).

En termes de taille, c'est le prix des wafers (les galettes de silicium sur lesquelles sont déposées les différentes couches de matériaux), les technologies mises en jeu et le type de Led qui définissent la taille des semi-conducteurs, qui peut aller de quelques dizaines de microns à deux ou trois millimètres. La difficulté dans les processus de fabrication étant de déposer des couches très fines de matériaux, de façon uniforme et sur des surfaces les plus grandes possible, afin de fabriquer des puces semi-conductrices de performances proches. Ainsi, lors de la découpe de ces puces, la disparité en performances (optiques et électriques) est peu importante et permet de fabriquer des lots de Led complets (diminuant de ce fait les coûts de fabrication).