Lysemitterende dioder (LED’er) er vidt anvendte elektroluminescerende enheder, der udsender lys som respons på en påført elektrisk spænding. Disse enheder er centrale komponenter i forskellige elektroniske og optoelektroniske teknologier, herunder skærme, sensorer og kommunikationssystemer.
I løbet af de sidste årtier har nogle ingeniører udviklet alternative LED’er kendt som kvante-LED’er (QLED’er), der bruger kvantepunkter (dvs. halvledende partikler i NM-størrelse) som lysemitterende komponenter i stedet for konventionelle halvledere. Sammenlignet med traditionelle LED’er kunne disse kvanteprikbaserede enheder opnå bedre energieffektivitet og operationelle stabilitet.
På trods af deres potentiale har de fleste QLED’er, der er udviklet indtil videre, vist sig at have signifikant langsommere responshastigheder end typiske LED’er ved hjælp af uorganiske III-V-halvledere. Med andre ord er det kendt, at de tager længere tid at udsende lys som svar på en anvendt elektrisk spænding.
Forskere ved Zhejiang University, University of Cambridge og andre institutter viste for nylig, at QLED’er udviser en excitation-hukommelseseffekt, som kunne hjælpe med at forbedre deres svarhastighed. Deres foreslåede tilgang, skitseret i en undersøgelse offentliggjort i Naturelektronikindebærer i det væsentlige at udnytte enhedernes evne til at udsende lys som svar på elektriske impulser og udnytte deres “hukommelse” af tidligere elektriske input.
“Seneste fremskridt med udviklingen af organiske LED’er til synlig lyskommunikation var den vigtigste inspiration til vores undersøgelse, da de viste, at LED’er kan tjene formål ud over bare display -teknologi,” fortalte Dr. Yunzhou Deng ved University of Cambridge og prof. Yizheng Jin ved Zhejiang University, to forfattere af papiret, til LektieForum.
“Quantum-dot LED’er (QLED’er) er en voksende klasse af LED’er, der er kendt for deres høje effektivitet, lysstyrke og stabilitet, hvilket gør dem til lovende kandidater som lyskilder til optisk kommunikation.”
Det oprindelige mål med denne undersøgelse af Dr. Deng, professor Jin og deres kolleger var at bedre forstå, hvordan QLED’er reagerer på pulserede elektriske excitationer. Alligevel førte deres eksperimenter til uventede fund, som de byggede på for at designe nye højhastigheds-QLED’er baseret på specialiserede mikrostrukturer.
“For at gennemføre vores undersøgelse anvendte vi kortvarige elektroluminescensmålinger, der sigter mod at spore, hvor hurtigt LED’en er tændt eller lukket ned efter svar på en spændingspulsinput,” forklarede Dr. Deng. “Ved hjælp af et oscilloskop overvågede vi, hvordan emissionsintensiteten udviklede sig over tid som svar på mikrosekund lange elektriske impulser. Ved at teste QLED’er under forskellige pulserede excitationsbetingelser afslørede vi nøgleindsigt i deres responsadfærd.”
De test, der blev udført af forskerne, viste, at de elektroluminescerende responser fra QLED’er er påvirket af rester af elektriske impulser, der blev anvendt på dem i fortiden. Denne observerede excitation-hukommelseseffekt viste sig at være knyttet til energitilstande kendt som dybt niveau hulfælder, som beboer de amorfe polymers halvledere på enheden.
“Vores mest betydningsfulde opdagelse er, at QLED’er udviser en excitationshukommelseseffekt, hvilket betyder, at de ‘husker’ tidligere pulserede excitationer endda millisekunder efter at have været slukket,” sagde Dr. Deng og prof. Jin. “Som et resultat, når de er drevet ved højere pulsfrekvenser, reagerer enhederne hurtigere. Denne effekt gør det muligt for QLED’er at fungere ved høje moduleringsfrekvenser, der overstiger 100 MHz, hvilket gør dem til stærke kandidater til højhastighedsoptiske kommunikationsapplikationer.”
For at demonstrere løftet om deres tilgang designet forfatterne en mikro-QUED med lav kapacitans med en -3 dB-båndbredde på op til 19 MHz, hvilket udnytter excitationshukommelseseffekten, de observerede. Denne QLED viste sig at udvise en elektroluminescerende moduleringsfrekvens på 100 MHz og data-transmissionshastighed på op til 120 Mbps, mens den bevarede en god energieffektivitet.
Resultaterne af denne nylige undersøgelse kunne snart bidrage til den yderligere fremskridt af QLED -teknologi, hvilket potentielt baner vejen for deres implementering til en lang række applikationer. I mellemtiden planlægger forskerne at fortsætte med at undersøge den effekt, de observerede, mens de også arbejdede for at fremskynde svarene fra QLED’er endnu mere.
“For yderligere at fremskynde enhedsresponshastigheden bliver vi nødt til at udvikle nye kvanteprikmaterialer med hurtigere rekombinationshastigheder,” tilføjede Dr. Deng og prof. Jin. “Dette vil involvere at udforske nye kompositioner og kerne-shell nanostrukturer. Derudover kan forbedring af excitationshukommelseseffekten ved at ændre de organiske komponenter i enheden føre til endnu mere interessant forbigående adfærd.”