Augmentation de la vitesse de réponse des LED quantiques via un effet de mémoire d'excitation

15 mars 2025

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Les diodes électroluminescentes (DEL) sont largement utilisées comme dispositifs électroluminescents qui émettent de la lumière en réponse à une tension électrique appliquée. Ces dispositifs sont des composants essentiels de diverses technologies électroniques et optoélectroniques, y compris les écrans, les capteurs et les systèmes de communication.

Au cours des dernières décennies, certains ingénieurs ont développé des DEL alternatives connues sous le nom de DEL quantiques (QLED), qui utilisent des points quantiques (c'est-à-dire des particules semiconductrices de taille nm) comme composants électroluminescents au lieu de semi-conducteurs conventionnels. Par rapport aux DEL traditionnelles, ces dispositifs à base de points quantiques pourraient atteindre de meilleures efficacités énergétiques et des stabilités opérationnelles.

Malgré leur potentiel, la plupart des QLED développées jusqu'à présent se sont révélées avoir des vitesses de réponse significativement plus lentes que les DEL typiques utilisant des semi-conducteurs III-V inorganiques. Autrement dit, ils prennent 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 QLED 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 Electronics, consiste essentiellement à exploiter la capacité des dispositifs à émettre de la lumière en réponse à des impulsions électriques, tirant parti de leur 'mémoire' des entrées électriques précédentes.

« Les progrès récents dans le développement des DEL organiques pour les communications visibles ont été la principale source d'inspiration de notre étude, car elles ont montré que les DEL peuvent servir à d'autres fins que la technologie d'affichage », ont déclaré le Dr Yunzhou Deng de l'Université de Cambridge et le Prof. Yizheng Jin de l'Université de Zhejiang, deux auteurs de l'article, à Phys.org.

« Les diodes électroluminescentes à points quantiques (QLED) sont une classe émergente de DEL connue pour leur haute efficacité, luminosité et stabilité, ce qui en fait des candidats prometteurs comme sources de lumière pour la communication optique.

L'objectif initial de cette étude menée par le Dr Deng, le Prof. Jin et leurs collègues était de mieux comprendre comment les QLED réagissent aux excitations électriques pulsées. Pourtant, leurs expériences ont permis de faire des découvertes inattendues, sur lesquelles ils ont travaillé pour concevoir de nouvelles QLED haut débit basées 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 DEL s'allume ou s'éteint en réponse à une impulsion de tension », a expliqué le Dr Deng. « En utilisant un oscilloscope, nous avons suivi comment l'intensité de l'émission évoluait dans le temps en réponse à des impulsions électriques d'une durée de microsecondes. En testant les QLED dans différentes conditions d'excitation pulsée, 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 appliquées par le passé. Cet effet de mémoire d'excitation observé a été lié à des états d'énergie connus sous le nom de pièges à trous à niveaux profonds, qui habitent les semi-conducteurs polymères amorphes du dispositif.

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« Notre découverte la plus significative est que les QLED présentent un effet de mémoire d'excitation, ce qui signifie qu'ils 'se souviennent' des excitations pulsées précédentes même des millisecondes après avoir été éteints », ont déclaré le Dr Deng et le Prof. Jin. « En conséquence, lorsqu'ils sont entraînés à des fréquences d'impulsions plus élevées, les dispositifs répondent plus rapidement. Cet effet permet aux QLED de fonctionner à des fréquences de modulation élevées dépassant les 100 MHz, ce qui en fait de forts candidats pour des applications de communication optique à haut débit.

Pour démontrer la promesse de leur approche, les auteurs ont conçu une micro-QLED à faible capacité avec une bande passante à -3 dB allant jusqu'à 19 MHz, qui exploite l'effet de mémoire d'excitation observé. Cette QLED s'est révélée présenter une fréquence de modulation électroluminescente de 100 MHz et des taux de transmission des données allant jusqu'à 120 Mbps, tout en conservant une bonne efficacité énergétique.

Les résultats de cette étude récente pourraient bientôt contribuer à faire progresser davantage la technologie des QLED, ouvrant potentiellement la voie à leur déploiement pour une large gamme d'applications. Entre-temps, les chercheurs prévoient de continuer à enquêter sur l'effet qu'ils ont observé, tout en travaillant à accélérer encore davantage les réponses des QLED.

'Pour accélérer davantage la vitesse de réponse des appareils, nous devrons développer de nouveaux matériaux à points quantiques avec des taux de recombinaison plus rapides,' ont ajouté le Dr Deng et le Prof. Jin. 'Cela impliquera d'explorer des compositions nouvelles et des nanostructures cœur-coquille. De plus, améliorer l'effet de mémoire d'excitation en modifiant les composants organiques dans l'appareil pourrait conduire à des comportements transitoires encore plus intéressants.'

Plus d'informations: Xiuyuan Lu et al, Vitesse de réponse accélérée des diodes électroluminescentes à base de points quantiques par mémoire d'excitation induite par les pièges à trous, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01350-0

Information sur la revue: Nature Electronics

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