Les innovations dans le domaine des technologies d’affichage avancent à grands pas grâce à une nouvelle méthode de fabrication des micro-LED. Des chercheurs ont en effet mis au point une approche ingénieuse pour produire ces composants essentiels, promettant d’améliorer les performances des dispositifs tout en simplifiant leur processus de fabrication.
Les micro-LED se positionnent comme les candidates idéales pour les écrans de nouvelle génération. Leurs atouts incluent un rapport de contraste exceptionnel, une luminosité élevée, une excellente visibilité en plein soleil et une longévité accrue. Ces dispositifs optoélectroniques semi-conducteurs multicouches se composent d’une couche d’injection de trous, d’une couche active à base de nitrure d’indium-gallium (InGaN) pour l’émission de lumière, et d’une couche d’injection d’électrons.
Traditionnellement, la fabrication des micro-LED repose sur une étape de gravure par plasma. Cette méthode élimine le p-GaN et le matériau actif lumineux des zones non-pixels, garantissant ainsi que l’émission de lumière ne se produise que dans les zones de pixels désignées. Cependant, le processus de gravure implique un bombardement ionique et un rayonnement UV, ce qui engendre des défauts sur les parois latérales des LED et dégrade les performances du dispositif.
Le professeur Xiaohang Li de KAUST, en collaboration avec son doctorant Zhiyuan Liu et ses collègues, a mis au point une solution générant des matrices de micro-LED sans recourir à la gravure plasma. Leur méthode innovante utilise l’oxydation thermique sélective, un procédé unique sans gravure.
Le processus se déroule en plusieurs étapes :
1. Une couche de silice est déposée sur la surface d’une plaquette de LED verte à base d’InGaN, puis structurée.
2. La puce résultante est placée dans un four tubulaire et chauffée à 900 degrés Celsius en présence d’air pendant quatre heures.
3. Ce recuit oxyde et détruit les zones non couvertes par la silice, leur faisant perdre leur propriété luminescente d’origine. En revanche, les zones recouvertes de silice sont efficacement protégées, formant des pixels micro-LED bien définis.
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Zhiyuan Liu a ajouté : «La couverture sélective de silice et l’oxydation thermique constituent les étapes essentielles dans la définition des pixels». Il a souligné que la durée de l’oxydation et l’épaisseur de la couche de silice sont déterminantes pour les performances des micro-LED.
Les chercheurs ont constaté que les matrices de pixels de 10 microns de micro-LED vertes à base d’InGaN fabriquées selon cette méthode présentaient une efficacité supérieure et un courant de fuite inférieur par rapport à leurs homologues gravés au plasma. De plus, l’équipe a réussi à valider la luminescence de pixels aussi petits que 2,3 micromètres, ouvrant la voie à des applications de micro-affichage futures, telles que la réalité augmentée et virtuelle.
L’équipe du professeur Li poursuit l’optimisation de son processus pour améliorer davantage les performances des micro-LED. Les chercheurs étendent également leur méthode aux micro-LED bleues et rouges afin de répondre aux exigences des technologies de micro-affichage de prochaine génération.
Cette innovation dans la fabrication des micro-LED représente un pas important vers la réalisation d’écrans plus performants et plus efficaces énergétiquement. Elle pourrait transformer radicalement l’industrie de l’affichage et offrir aux consommateurs des expériences visuelles inédites dans un avenir proche.
Légende illustration : La solution nouvellement conçue par les chercheurs du KAUST génère des réseaux de micro-LED tout en évitant la gravure au plasma. Crédit : 2024 KAUST.
Liu, Z., LU, Y., Cao, H., Garcia, G.I.M., Liu, T., Tang, X., Xiao, N., Vazquez, R.A., Nong, M. & Li, X. « Etching-free pixel definition in InGaN green micro-LEDs. » Light: Science & Applications 13, 117 (2024).| article. s41377-024-01465-7
