Lampes Ultra Violet à base de Nanostructures en III-nitrures, pompées électroniquement par des cathodes en nanotubes de carbone – UVLamp

Le projet vise le développement d’une nouvelle génération de lampes ultra violet (UV) basée sur un pompage électronique, où la lumière est émise à partir d’un semi-conducteur nitrure-III nanostructuré excité par une source d’électrons générée par des nanotubes de carbone en émission de champ.
Les sources UV sont utilisées dans nombreuses applications industrielles, médicales et analytiques telles que polymérisation, encryptage, bio détection, purification de l'eau et photothérapie. Le marché des UV, environ 500 millions US$ en 2009, est actuellement couvert par des lampes à vapeur de mercure qui sont bon marché, mais qui comportent de nombreux inconvénients. Surtout, elles contiennent du mercure, matière toxique pour les humains et l'environnement. L'élimination progressive des dispositifs médicaux contenant du mercure est déjà en cours dans de nombreux pays. Les lampes UV basées sur l’émission de lumière à partir des nanostructures de NITRURE III sont sans mercure et respectueuses de l'environnement.
Ce nouveau type de lampe va bien au-delà de l'état de l'art au niveau de la consommation d'énergie, de la puissance d'émission, des coûts, de la luminosité et du recyclage grâce à l’utilisation des trois avancées technologiques suivantes:
1. La première émission d’UV profond obtenue à partir de quantum dots (QDs) et nanodisks (NDs) intégrés dans des Nannofils (NWs) photoniques. Ces nanostructures dans la région active devraient permettre d’augmenter l’efficacité de conversion des porteurs injectés en émission de photons.
2. La première utilisation de NWs photoniques dans la région active devrait stimuler l'efficacité lumineuse d'extraction via un effet de guide d’ondes (jusqu'à 50 %).
3. Cathodes compactes à base de CNTs émettant des densités de courant beaucoup plus élevé que les autres sources.
Deux prototypes de lampes UV seront développés, une émettant à 260 nm pour la purification de l'eau et l’autre à 310 nm pour le traitement du psoriasis avec une puissance UV de plus de 150 mW. Les prototypes ainsi réalisés serviront également pour la phase d’étude de la fabrication et l'exploration du marché.
Le consortium est constitué de quatre partenaires complémentaires qui ont les compétences requises et les infrastructures nécessaires :
P1. LPMCN-UCBL/CNRS (abv. UCBL): Coordination, CNT FE source d’électrons
P2. INAC/SP2M-CEA (INAC): Synthèse des boîtes quantiques (QDs) AlGaN
P3. Institut Néel-CNRS (NEEL): Synthèse des nano-disques (NDs) AlGaNs dans des nanofils photoniques.
P4. NEWSTEP Tech. (NSTP): design de la lampe, fabrication, étude et maitrise des coûts, marketing.
Le pool UCBL- NSTP / INAC -NEEL collabore déjà avec des accords sur la propriété intellectuelle. UCBL travaille avec NSTP sur le développement de nouvelles formes de l'éclairage domestique à l'aide de cathodoluminescence excitée par une source CNTs. INAC et NEEL font partie du laboratoire mixte “Nano-physique et Semi-conducteurs” du CEA-CNRS qui possède de installations conséquents pour la croissance des semi-conducteurs avancés par Molecular Beam Epitaxy.
Les grands défis technologiques comprennent :
• La croissance des QDs et NDs dans des NWs photoniques émettant dans la gamme 210-350 nm pour former la région active avec une efficacité quantique interne > 50%.
• L’augmentation du courant en FE supérieure à 1-3mA tout en augmentant le duré de vie jusqu'au 3000 hr.
• L’intégration des nanostructures de semi-conducteurs et des cathodes CNTs sans dégradation dans une enveloppe quartz sans dégradation.
L'éclairage UV par état solide est une technologie jeune qui permet l'ouverture de nombreux nouveaux débouchés industriels. La performance actuelle de nos composants permettrait déjà la réalisation d’un produit hautement concurrentiel. La combinaison des améliorations prévues du rendement avec des sources compactes pour une conception souple permettra d’atteindre des niveaux de puissance plus élevés, et donc l’élargir le champ des applications.