Les diodes électroluminescentes (LED) sont des dispositifs électroluminescents largement utilisés qui émettent la lumière en réponse à une tension électrique appliquée. Ces appareils sont des composants centraux de diverses technologies électroniques et optoélectroniques, y compris des affichages, des capteurs et des systèmes de communication.
Au cours des dernières décennies, certains ingénieurs ont développé des LED alternatives appelées LED quantiques (QLED), qui utilisent des points quantiques (c'est-à-dire des particules semi-conductrices de taille NM) comme composants émettant de la lumière au lieu de semi-conducteurs conventionnels. Par rapport aux LED traditionnelles, ces dispositifs basés sur les points quantiques pourraient obtenir de meilleures efficacités énergétiques et des stabilités opérationnelles.
Malgré leur potentiel, la plupart des QLED développés jusqu'à présent se sont avérés avoir des vitesses de réponse significativement plus lentes que les LED typiques à l'aide de semi-conducteurs III-V inorganiques. En d'autres termes, ils sont connus pour prendre plus de temps pour émettre de la lumière en réponse à une tension électrique appliquée.
Des chercheurs de l'Université de Zhejiang, de l'Université de Cambridge et d'autres instituts ont récemment montré que les QLEDs présentent un effet de mémoire d'excitation, qui pourrait aider à améliorer leurs vitesses de réponse. Leur approche proposée, décrite dans une étude publiée dans Nature électroniqueimplique essentiellement de tirer parti de la capacité des appareils à émettre de la lumière en réponse aux impulsions électriques, en tirant parti de leur « mémoire » des entrées électriques précédentes.
« Les progrès récents dans le développement de LED organiques pour les communications lumineuses visibles ont été l'inspiration clé de notre étude, car ils ont montré que les LED peuvent servir des objectifs au-delà de la technologie de l'affichage », a déclaré à l'Université de Cambridge et au professeur Yizheng Jin à l'Université de Zhejiang, deux auteurs du journal.
« Les LED quantiques (QLED) sont une classe émergente de LED connues pour leur grande efficacité, leur luminosité et leur stabilité, ce qui en fait des candidats prometteurs comme sources légères pour la communication optique. »
L'objectif initial de cette étude du Dr Deng, du professeur Jin et de leurs collègues était de mieux comprendre comment les QLED réagissent aux excitations électriques pulsées. Pourtant, leurs expériences ont conduit à des résultats inattendus, sur lesquels ils ont construit pour concevoir de nouveaux QLED à grande vitesse basés sur des microstructures spécialisées.
« Pour mener notre étude, nous avons utilisé des mesures d'électroluminescence transitoires, qui visent à suivre la rapidité avec laquelle la LED est activée ou fermée après en réponse à une entrée d'impulsion de tension », a expliqué le Dr Deng. « En utilisant un oscilloscope, nous avons surveillé comment l'intensité des émissions a évolué au fil du temps en réponse aux impulsions électriques longues en microseconde. En testant des QLED dans différentes conditions d'excitation pulsé, nous avons découvert des informations clés sur leur comportement de réponse. »
Les tests effectués par les chercheurs ont montré que les réponses électroluminescentes des QLED sont influencées par des restes d'impulsions électriques qui leur ont été appliqués dans le passé. Cet effet de mémoire d'excitation observé s'est avéré être lié à des états énergétiques appelés pièges à trou de niveau profond, qui habitent les semi-conducteurs polymères amorphes dans l'appareil.
« Notre découverte la plus importante est que les QLEDS présentent un effet de mémoire d'excitation, ce qui signifie qu'ils » se souviennent « des excitations pulsées précédentes, même des millisecondes après avoir été désactivées », a déclaré le Dr Deng et le professeur Jin. « En conséquence, lorsqu'elles sont entraînées à des fréquences d'impulsion plus élevées, les appareils réagissent plus rapidement. Cet effet permet aux QLED de fonctionner à des fréquences de modulation élevées dépassant 100 MHz, ce qui en fait des candidats solides pour des applications de communication optique à grande vitesse. »
Pour démontrer la promesse de leur approche, les auteurs ont conçu un micro-Qled à faible capacité avec une bande passante de -3 dB allant jusqu'à 19 MHz, qui exploite l'effet d'excitation-mémoire qu'ils ont observé. Ce QLED s'est avéré présenter une fréquence de modulation électrolaulle de 100 MHz et des taux de transmission de données allant jusqu'à 120 Mbps, tout en conservant une bonne efficacité énergétique.
Les résultats de cette étude récente pourraient bientôt contribuer à la poursuite des progrès de la technologie QLED, ouvrant potentiellement la voie à leur déploiement pour un large éventail d'applications. Pendant ce temps, les chercheurs prévoient de continuer à étudier l'effet qu'ils ont observé, tout en travaillant pour accélérer encore plus les réponses des QLED.
« Pour accélérer davantage la vitesse de réponse des dispositifs, nous devrons développer de nouveaux matériaux de points quantiques avec des taux de recombinaison plus rapides », a ajouté le Dr Deng et le professeur Jin. « Cela impliquera d'explorer de nouvelles compositions et des nanostructures de coque à base.
