Het verhogen van de responssnelheid van kwantum-LED's via een excitatiegeheugeneffect

15 maart 2025

Artikel

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

gefactcheckt

gepeerreviewde publicatie

betrouwbare bron

gecontroleerd door Ingrid Fadelli, Phys.org

Light-emitting diodes (LEDs) zijn veelgebruikte elektroluminescente apparaten die licht uitstralen als reactie op aangelegde elektrische spanning. Deze apparaten zijn centrale componenten van diverse elektronische en opto-elektronische technologieën, waaronder displays, sensoren en communicatiesystemen.

In de afgelopen decennia hebben sommige ingenieurs alternatieve LEDs ontwikkeld die bekend staan als quantum LEDs (QLEDs), die kwantumdots (dat wil zeggen halfgeleidende deeltjes van nm-formaat) gebruiken als lichtgevende componenten in plaats van conventionele halfgeleiders. Vergeleken met traditionele LEDs zouden deze op kwantumdots gebaseerde apparaten betere energie-efficiënties en operationele stabiliteiten kunnen bereiken.

Ondanks hun potentieel zijn de meeste tot nu toe ontwikkelde QLEDs gevonden trager te reageren dan typische LEDs met anorganische III-V halfgeleiders. Met andere woorden, ze staan bekend om het langere tijd nodig hebben om licht uit te stralen als reactie op aangelegde elektrische spanning.

Onderzoekers van de Zhejiang Universiteit, Universiteit van Cambridge en andere instituten toonden onlangs aan dat QLEDs een opwindings-geheugeneffect vertonen, wat hun reactiesnelheden zou kunnen verbeteren. Hun voorgestelde aanpak, uiteengezet in een studie gepubliceerd in Nature Electronics, behelst in essentie het benutten van het vermogen van de apparaten om licht uit te stralen als reactie op elektrische pulsen, waarbij ze gebruikmaken van hun 'geheugen' van voorgaande elektrische input.

'Recente vooruitgang in de ontwikkeling van organische LEDs voor zichtbare lichtcommunicatie waren de belangrijkste inspiratie voor onze studie, aangezien ze lieten zien dat LEDs voor meer doeleinden kunnen dienen dan alleen als displaytechnologie,' vertelden Dr. Yunzhou Deng van de Universiteit van Cambridge en Prof. Yizheng Jin van de Zhejiang Universiteit, twee auteurs van het artikel, aan Phys.org.

'Quantum-dot LEDs (QLEDs) zijn een opkomende klasse van LEDs die bekend staan om hun hoge efficiëntie, helderheid en stabiliteit, waardoor ze veelbelovende kandidaten zijn als lichtbronnen voor optische communicatie.'

Het oorspronkelijke doel van deze studie door Dr. Deng, Prof. Jin en hun collega's was om beter te begrijpen hoe QLEDs reageren op gepulseerde elektrische opwindingen. Toch leidden hun experimenten tot onverwachte bevindingen, waarop ze voortbouwden om nieuwe QLEDs met hoge snelheid te ontwerpen op basis van gespecialiseerde microstructuren.

'Om onze studie uit te voeren, maakten we gebruik van metingen van tijdelijke elektroluminescentie, die tot doel hebben bij te houden hoe snel de LED wordt ingeschakeld of uitgeschakeld als reactie op een spanningspulsinput,' legde Dr. Deng uit. 'Met behulp van een oscilloscoop hebben we gevolgd hoe de emissie-intensiteit evolueerde in de tijd als reactie op microsecondelange elektrische pulsen. Door QLEDs te testen onder verschillende gepulseerde opwindingsomstandigheden, hebben we belangrijke inzichten verkregen in hun reactiegedrag.'

De tests uitgevoerd door de onderzoekers toonden aan dat de elektroluminescente reacties van QLEDs beïnvloed worden door restanten van elektrische pulsen die in het verleden op hen waren toegepast. Dit waargenomen opwindings-geheugeneffect bleek te zijn gekoppeld aan energietoestanden die bekend staan als diepe valentiegatvallen, die de amorfe polymeerhalfgeleiders in het apparaat bewonen.

Ontdek het laatste nieuws op het gebied van wetenschap, technologie en ruimte met meer dan 100.000 abonnees die vertrouwen op Phys.org voor dagelijkse inzichten. Meld je aan voor onze gratis nieuwsbrief en ontvang updates over doorbraken, innovaties en onderzoek die er toe doen – dagelijks of wekelijks.

'Onze meest significante ontdekking is dat QLEDs een exciterend geheugeneffect vertonen, wat betekent dat ze 'onthouden' van vorige gepulseerde opwindingen zelfs milliseconden nadat ze zijn uitgeschakeld,' zeiden Dr. Deng en Prof. Jin. 'Als gevolg hiervan, wanneer ze worden aangedreven met hogere pulsfrequenties, reageren de apparaten sneller. Dit effect maakt het mogelijk dat QLEDs werken bij hoge modulatiefrequenties die 100 MHz overschrijden, waardoor ze sterke kandidaten zijn voor toepassingen in snelle optische communicatie.'

Om de belofte van hun aanpak te demonstreren, ontwierpen de auteurs een laag-capacitieve micro-QLED met een -3 dB-bandbreedte tot 19 MHz, waarbij ze gebruik maakten van het waargenomen opwindings-geheugeneffect. Het werd vastgesteld dat deze QLED een elektroluminescente modulatiefrequentie van 100 MHz en datatransmissiesnelheden tot 120 Mbps vertoonde, terwijl het een goede energie-efficiëntie behield.

De resultaten van deze recente studie zouden binnenkort kunnen bijdragen aan verdere ontwikkeling van QLED-technologie, en mogelijk de weg effenen voor hun implementatie voor een breed scala aan toepassingen. Ondertussen zijn de onderzoekers van plan om de waargenomen effecten verder te onderzoeken, terwijl ze ook werken aan het nog verder versnellen van de reactiesnelheden van QLEDs.

'Om de reactiesnelheid van apparaten verder te versnellen, zullen we nieuwe kwantumdotmaterialen met snellere recombinatiesnelheden moeten ontwikkelen,' aldus dr. Deng en prof. Jin. 'Dit zal het verkennen van nieuwe samenstellingen en kern-schil nanostructuren omvatten. Bovendien kan het verbeteren van het excitatiegeheugeneffect door de organische componenten in het apparaat aan te passen leiden tot nog interessantere voorbijgaande gedragingen.'

Meer informatie: Xiuyuan Lu et al, Versnelde reactiesnelheid van kwantumdot-lichtemitterende diodes door excitatiegeheugen veroorzaakt door gatvallen, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01350-0

Tijdschriftinformatie: Nature Electronics

© 2025 Science X Network