Un amateur fabrique des LED à semi-conducteurs chez lui
Un fabricant amateur de semi-conducteurs a réussi à produire des LED bleues fonctionnelles dans son atelier, en développant un procédé de gravure au laser ultraviolet et en les soudant sur un circuit imprimé.
La fabrication de semi-conducteurs à la maison relève généralement de la démonstration technique plutôt que de la production de composants réellement utilisables. Un fabricant amateur connu sous le pseudonyme de [Dr. Semiconductor] va toutefois plus loin : il est parvenu à créer des LED bleues fonctionnelles dans son atelier, puis à les monter sur un circuit imprimé grâce à une méthode de soudure originale.
Le point de départ de ces puces est une plaquette épitaxiale de nitrure de gallium (GaN), une structure empilée comprenant une couche de GaN dopé n, une couche de puits quantique en nitrure de gallium et d'indium, et une couche de GaN dopé p, le tout déposé sur un substrat de saphir. Lorsqu'un courant traverse cette structure, les électrons de la couche dopée n et les trous de la couche dopée p se recombinent dans la couche de puits quantique, émettant ainsi une lumière bleue.
Pour obtenir une LED fonctionnelle, il fallait établir des contacts électriques sur les deux couches dopées. La réalisation du contact de type n a nécessité de découper les couches de type p et de puits quantique. Cette opération s'effectue habituellement par gravure ionique réactive au chlore, mais [Dr. Semiconductor] a mis au point un procédé alternatif : un laser de gravure ultraviolet de 355 nanomètres provoque la décomposition du GaN en gallium et en azote, la coupe étant ensuite nettoyée par une gravure à l'hydroxyde de potassium.
Pour déposer les contacts eux-mêmes, il a formé un masque de résine photosensible, déposé des métaux (nickel, argent et titane) dans une chambre de pulvérisation cathodique, puis utilisé une solution de développement pour dissoudre le masque et retirer les zones métalliques indésirables. Lorsqu'il a appliqué un courant entre les deux contacts, la LED a émis une lumière bleue intense.
L'étape suivante consistait à monter la puce sur un circuit imprimé. [Dr. Semiconductor] a d'abord découpé la plaquette en puces individuelles avec le laser ultraviolet. Il a ensuite électrodéposé des bosses d'indium sur un circuit imprimé, positionné la puce au-dessus de ces bosses, ajouté un flux de colophane, puis fait fondre les bosses d'indium pour souder la puce au circuit et permettre à celui-ci d'alimenter la LED.
Comme la plupart des LED commerciales, ces puces émettent une lumière bleue. La plupart des assemblages de LED incluent en outre une couche de phosphore qui absorbe la lumière bleue et émet une autre couleur. Pour créer une LED blanche, [Dr. Semiconductor] a mélangé une poudre de phosphore à base de grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au cérium avec du silicone transparent, puis a étalé ce mélange sur la LED. Cette couche absorbe une partie de la lumière bleue et émet une lumière jaune ; le mélange de lumière bleue et jaune qui en résulte apparaît blanc à l'œil humain.
Cette réalisation semble être la première LED inorganique fabriquée à la maison, alors que quelques OLED maison avaient déjà été présentées par le passé. Elle marque une étape notable dans la démocratisation de la fabrication de composants électroniques avancés hors des laboratoires spécialisés.
