{"id":3704,"date":"2014-10-23T13:41:10","date_gmt":"2014-10-23T15:41:10","guid":{"rendered":"https:\/\/sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/2014\/10\/23\/por-que-premio-nobel-para-o-led-azul\/"},"modified":"2022-08-24T22:47:11","modified_gmt":"2022-08-25T01:47:11","slug":"por-que-premio-nobel-para-o-led-azul","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/por-que-premio-nobel-para-o-led-azul\/","title":{"rendered":"Por que Pr\u00eamio Nobel para o LED azul"},"content":{"rendered":"

Por Felipe Rudge<\/p>\n

Tal como a est\u00f3ria do patinho feio que depois vira um cisne negro, teve o Led similar trajet\u00f3ria e hoje (afinal) leva o pr\u00eamio m\u00e1ximo de Ci\u00eancia e Tecnologia. Queremos aqui apresentar brevemente, com \u00eanfase tecno-cientifica, o que aconteceu nessas d\u00e9cadas, e por que s\u00f3 agora veio o pr\u00eamio. Ali\u00e1s, \u00e9 interessante observar que os que o receberam n\u00e3o foram luminares que descortinaram novos rumos da Ci\u00eancia e do conhecimento. Foram apenas (!) pessoas altamente qualificadas que estavam na hora certa, e no lugar certo, e foram capazes de fazer o que precisava ser feito. Na verdade, descobriram solu\u00e7\u00f5es espec\u00edficas para tirar uma pedra que j\u00e1 estava havia d\u00e9cadas no sapato de todos que trabalhavam com emissores de luz.<\/p>\n

A gera\u00e7\u00e3o de luz \u201cfria\u201d em jun\u00e7\u00f5es de semicondutores j\u00e1 \u00e9 conhecida (e reportada) h\u00e1 mais de 100 anos [Oleg Basov, usando limitadores de corrente de SiC, 1907, observou luminesc\u00eancia em correntes \u201cbaixas\u201d, isto \u00e9, o material permanecia \u201cmorno\u201d de modo que n\u00e3o era emiss\u00e3o t\u00e9rmica (incandesc\u00eancia)]. Entretanto, seu uso efetivo como dispositivo optoleletr\u00f4nico \u2013 como diodo emissor de luz \u2013 s\u00f3 ocorreu na esteira da busca de lasers semicondutores, acompanhando a febre que havia de produzir efeito laser em qualquer material s\u00f3lido, l\u00edquido e gasoso ap\u00f3s a demonstra\u00e7\u00e3o pioneira de Ted Maiman, em 1960, com cristal de rubi, na Hughes (mas isso \u00e9 uma outra hist\u00f3ria…); logo em 1962, o laser semicondutor em GaAs, emitindo no IV pr\u00f3ximo (~800nm) inaugurou a nova era da optoeletr\u00f4nica, e n\u00e3o recebeu nenhum pr\u00eamio relevante. No mesmo ano estava sendo tamb\u00e9m demonstrado o LED de heterojun\u00e7\u00e3o simples, emitindo no vermelho (780nm), nos laborat\u00f3rios da GE, por Nick Holonyak (tamb\u00e9m sem pr\u00eamio) e que encontrou grande aplica\u00e7\u00e3o em pain\u00e9is de equipamentos apenas como sinaliza\u00e7\u00e3o, devido \u00e0 sua baixa pot\u00eancia, a partir de meados dos anos 1960. O grande advento dos lasers semicondutores que funcionavam \u00e0 temperatura ambiente (1970) e sua fant\u00e1stica aplica\u00e7\u00e3o em telecomunica\u00e7\u00f5es, em conjunto com fibras \u00f3ticas, deram aos LEDs um grande impulso, pois eles partilhavam dos mesmos materiais e processos de fabrica\u00e7\u00e3o. E a\u00ed, no in\u00edcio dos anos 80, os LEDs tinham mais confiabilidade que os lasers, e come\u00e7avam a ter pot\u00eancias que, se n\u00e3o permitiam ilumina\u00e7\u00e3o, certamente j\u00e1 come\u00e7avam a permitir efeitos ambientais e aplica\u00e7\u00f5es a dist\u00e2ncias de dezenas de metros. Tinha-se nessa \u00e9poca LED IR (infravermelho), vermelho, laranja, amarelo, e come\u00e7avam a aparecer os \u201cverdes\u201d \u2013 na verdade citrino. Mas nada de azul, e sem azul n\u00e3o h\u00e1 como chegar \u00e0 luz \u201cbranca\u201d. Na verdade j\u00e1 se tinha estudos experimentais com material GaN (basicamente o mesmo utilizado agora), mas n\u00e3o se tinha as combina\u00e7\u00f5es de materiais para obter pot\u00eancia e confiabilidade necess\u00e1rias.<\/p>\n

O problema n\u00e3o era tanto as heterojun\u00e7\u00f5es necess\u00e1rias para emiss\u00e3o eficiente, mas sim a disponibilidade de substrato compat\u00edvel e confi\u00e1vel, que permitisse opera\u00e7\u00e3o est\u00e1vel com altas densidades de corrente. Ali\u00e1s, buscava-se tamb\u00e9m na mesma \u00e9poca (final da d\u00e9cada de 80) o laser semicondutor verde-azul, para completar o lado \u201cesquerdo\u201d (Fig.1) do espectro vis\u00edvel. De novo, o LED e o laser caminhando juntos.<\/p>\n

Finalmente, no in\u00edcio dos anos 1990, foi desvendado o caminho cient\u00edfico-tecnol\u00f3gico que permitiu a pletora de dispositivos que se tem hoje, com LEDs de alt\u00edssima pot\u00eancia \u2013 suficiente para dar cegueira tempor\u00e1ria numa olhada direta \u2013 com aplica\u00e7\u00e3o em interiores, exteriores, pain\u00e9is multim\u00eddia, e at\u00e9 ilumina\u00e7\u00e3o p\u00fablica, incluindo est\u00e1dios e shows de rock!<\/p>\n

O grande salto tecnol\u00f3gico foi conseguir crescer as camadas confinantes e ativa \u2013 heteroestruturas em nitreto de g\u00e1lio (GaN), nitreto de \u00edndio g\u00e1lio (InGaN) e nitreto de g\u00e1lio alum\u00ednio (InAlN), sobre uma camada buffer de nitreto de alum\u00ednio, a qual est\u00e1 sobre o substrato de safira. Esta combina\u00e7\u00e3o permitiu estabilidade termo-mec\u00e2nica e \u00f3tima dissipa\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica, com baixo estresse devido a tens\u00f5es de casamento cristalino com as camadas superiores (Fig.2). Assim foi poss\u00edvel superar os defeitos de interfaces e outros problemas que permaneciam considerados \u201cinsol\u00faveis\u201d. E o merecido pr\u00eamio vem porque fechou-se o ciclo completo de equacionamento te\u00f3rico, an\u00e1lise das imperfei\u00e7\u00f5es a partir de conceitos fundamentais, prot\u00f3tipos experimentais bem-sucedidos, permitindo chegar \u00e0 produ\u00e7\u00e3o industrial (os primeiros LEDs azuis foram disponibilizados pela Nishia, em 1994). Com a cadeia produtiva estabelecida, pode-se chegar ao benef\u00edcio \u00e0 sociedade, e mais ainda, sendo os LEDs dispositivos de alt\u00edssima efici\u00eancia de convers\u00e3o eletro-\u00f3tica, muito mais eficiente do que qualquer outra fonte de luz (inclusive o laser!), permitiu sistemas de ilumina\u00e7\u00e3o muit\u00edssimo mais econ\u00f4micos que qualquer dos anteriores, tendo ent\u00e3o grande impacto (positivo!) na conserva\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica do planeta. Vieram n\u00e3o s\u00f3 para ficar como est\u00e3o substituindo todas as outras fontes de ilumina\u00e7\u00e3o. A produ\u00e7\u00e3o mundial de LEDs h\u00e1 algum tempo j\u00e1 superou a produ\u00e7\u00e3o de l\u00e2mpadas. A discuss\u00e3o da efetiva ocupa\u00e7\u00e3o do mercado \u2013 e os pre\u00e7os praticados \u2013 foge ao escopo deste texto. O fato \u00e9 que temos finalmente a luz branca de estado s\u00f3lido (SSL) obtida de maneira relativamente simples (!), confi\u00e1vel, reprodut\u00edvel e dur\u00e1vel \u2013 um LED azul com uma cobertura v\u00edtrea de f\u00f3sforo amarelo (n\u00e3o elemento P, e sim phosphor \u2013 para mais detalhes, consulte a\u00a0Wikipedia<\/a>), que d\u00e1 o branco ajust\u00e1vel, pois tanto o LED azul, como a cobertura conversora podem ser sintonizados, conforme a Fig.3, para se conseguir branco mais quente ou mais frio. Os LEDs RGB (red-green-blue) s\u00e3o utilizados em grandes pain\u00e9is multim\u00eddia, e em aplica\u00e7\u00f5es onde efeitos com cores s\u00e3o necess\u00e1rios, variando-se as correntes (e consequentemente as intensidades) relativas de cada elemento R, G, B. As aplica\u00e7\u00f5es de ilumina\u00e7\u00e3o s\u00e3o todas com o LED azul e fosforo amarelo. Isso pode ser verificado em todas as lanterninhas chinesas \u00e0 venda na lojinha da esquina (ou no camel\u00f4 em frente!).<\/p>\n

Concluindo, lan\u00e7amos a ideia que o pr\u00f3ximo Pr\u00eamio Nobel (nessa \u00e1rea) poder\u00e1 ser pela descoberta os materiais que preenchem o \u201cLemon-Gap\u201d. Algum candidato?<\/p>\n

Dr. Felipe Rudge
\nLab. Tecnologia Fot\u00f4nica
\nFEEC-Unicamp
\nCampinas, SP Brasil
\nhttp:\/\/www.dsif.fee.unicamp.br\/~rudge\/<\/a><\/p>\n

\"\"

Figura 1 \u2013 materiais e espectro de emiss\u00e3o vis\u00edvel. [1,2]
Figura 2 \u2013 estrutura de laser e Led MQW com emiss\u00e3o verde-azul. [3]
Figura 3 \u2013 mapa de cromatografia CIE 1931 [4]<\/p><\/div>Referencias e Bibliografia:
\n[1] Philips Lumileds, 2011.
\n[2] Nature Photonics | Vol 1 | April 2007
\n[3] Nature Photonics | Vol 5 | Dec. 2011 ; Vol 6 | Dec. 2012
\n[4] (CIE Comission Internationale de Eclairage, Paris, dom\u00ednio p\u00fablico)
\n[5] naturalmente a referencia para industria, mercado e tecnologia \u00e9 a publica\u00e7ao Pennwell,\u00a0http:\/\/www.ledsmagazine.com\/index.html<\/a>\u00a0; com Newsletter p\/ interessados.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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