Unos investigadores desarrollan una tecnología que reduce el costo de la iluminación LED

os tubos fluorescentes, o las bombillas de bajo consumo basadas en su misma tecnología, son más eficientes y duran más, pero presentan otros problemas. Con el tiempo pierden eficacia, tienen una demora a la hora de encenderse y tardan un rato en alcanzar su máxima luminosidad una vez encendidas. Lo peor es que contienen mercurio, un metal pesado muy contaminante. Por todo esto, y desde hace algún tiempo, se piensa en la introducción de diodos emisores de luz, o LED en sus siglas en inglés, como sistemas de iluminación. Esta tecnología es cuatro veces más eficiente que las bombillas tradicionales y si se adoptara de manera general se produciría un ahorro de energía de un 10% respecto al consumo total. Además pueden durar muchos años sin estropearse (se calcula que podrían llegar a unos 15).

Aunque la iluminación LED no es un sistema perfecto. Además del problema de no iluminar con una luz totalmente blanca son caros. Una cosa es el uso de unos cuantos LED en una linterna o un semáforo y otra es iluminar una oficina.

Ahora Timothy D. Sands y sus colaboradores de Purdue University han conseguido solucionar un gran obstáculo que había para la producción de LED baratos.

Los LED son fabricados sobre un substrato de zafiro, material que es muy caro de producir. Estos investigadores han conseguido la fabricación de LED a bajo coste utilizando un substrato de silicio recubierto con otro material.

Un LED es un dispositivo de estado sólido y emite luz gracias al uso de unos semiconductores, no hay filamento incandescente ni un gas encerrado en una ampolla ni nada similar. Como semiconductor se suelen emplear nitruro de galio sobre un substrato de zafiro, que además hace las veces de espejo reflector. El uso de este substrato de zafiro hace que una instalación de un sistema iluminación LED sea 20 veces más cara que la convencional.

En la nueva configuración se recubre un substrato de silicio con una capa reflectora de nitruro de circonio. Normalmente este compuesto es inestable en contacto con el silicio, pero estos investigadores lo han solucionado colocando una capa intermedia de nitruro de aluminio entre el substrato y la capa reflectora.

Para la manufactura del LED los investigadores usan una técnica de deposición por pulverización reactiva (reactive sputter deposition), que es habitual en la industria microelectrónica. En esta técnica se usa gas argón para bombardear el blanco del material que finalmente se deposita sobre el substrato. La ventaja del nitruro de zirconio y del nitruro de aluminio es que sus átomos se colocan adecuadamente sobre la estructura cristalina del silicio, capa atómica a capa atómica, en un crecimiento que se denomina epitaxial.

El arreglo de los átomos en estructura cristalina, cuando se tiene diversos compuestos y a veces con diferentes parámetros de red, no es sencillo y constituye uno de los retos con los se tiene que enfrentar que este tipo de científicos. Si la estructura cristalina no es la adecuada este tipo de dispositivos simplemente no funcionan.

Gracias a esta nueva tecnología se podrán producir LED a muy bajo coste y quizás sea posible su empleo masivo en iluminación. Se puede además producir muchos LED simultáneamente sobre la misma galleta de substrato y asimismo el nuevo substrato disipa mejor el calor, alargándose con ello la vida útil del dispositivo.

Como una gran parte del consumo de electricidad es debido a la iluminación, la adopción generalizada de la iluminación LED produciría un ahorro considerable. Una bombilla convencional tiene un rendimiento de un 10% mientras que los LED tienen un rendimiento de entre un 47% a un 64%. Sin embargo las lámparas LED actuales cuestan unos 100 dólares por lo que su amortización no es buena. Cuando este coste caiga a los 5 dólares es de esperar una generalización de su uso que sustituirá las lámparas fluorescentes.

Estos investigadores esperan que los LED de bajo coste lleguen al mercado en unos dos años, una vez se solucionen los pequeños problemas que todavía quedan.