Loading ...Светодиоды (LED), полупроводниковые устройства, которые излучают свет при прохождении через них электрического тока, являются ключевыми строительными блоками многочисленных электронных устройств. Светодиоды используются для подсветки дисплеев смартфонов, компьютеров и телевизоров, а также в качестве источников света для внутреннего и наружного освещения.
Прошлые исследования постоянно наблюдали снижение производительности и эффективности светодиодных устройств на основе двумерных (2D) материалов при высоких плотностях тока. Эта потеря эффективности при высоких плотностях тока была связана с высокими уровнями взаимодействия между экситонами, которые вызывают процесс, известный как аннигиляция экситон -экситон (EEA).
По сути, свойства некоторых 2D-материалов побуждают экситоны сильно взаимодействовать друг с другом, заставляя экситоны «деактивировать» друг друга. Это приводит к значительной трате энергии, которая в противном случае могла бы способствовать свечению светодиодов.
Исследователи из Юго-Восточного университета, Пекинского технологического института и других институтов недавно разработали новые светодиоды, которые демонстрируют более слабое взаимодействие экситон-экситон и, таким образом, могут достичь улучшенной эффективности. Эти устройства, представленные в статье, опубликованной в Nature Electronics ,
«Диэлектрическая или деформационная инженерия может быть использована для снижения скорости аннигиляции экситонов-экситонов в монослоях дихалькогенидов переходных металлов , но достижение электролюминесценции в двумерных светодиодах без снижения эффективности является сложной задачей», — пишут Шисюань Ван, Цян Фу и их коллеги в своей статье.
«Мы описываем импульсные светодиоды, основанные на интеркалированных дихалькогенидах переходных металлов и обеспечивающие подавленную аннигиляцию экситонов при высоких скоростях генерации экситонов».
Для изготовления светодиодов исследователи сначала изготовили сверхрешетки, подобные квантовым ямам, используя технологию, известную как одношаговая интеркаляция кислородной плазмы. Это позволило им наложить друг на друга несколько квазимонослоев материалов, изменив их электронную структуру и усилив фотолюминесценцию светодиодов.
«Мы интеркалируем кислородную плазму в несколько слоев дисульфида молибдена (MoS 2 ) и дисульфида вольфрама (WS 2 ), чтобы создать светодиоды с подавленным спадом эффективности как в фотовозбуждении, так и в электроинжекционной люминесценции при всех плотностях экситонов вплоть до примерно 10 20 см − 2 с − 1 », — пишут Ван, Фу и их коллеги. «Мы приписываем это подавление уменьшенному радиусу Бора экситона и коэффициенту диффузии экситона, как извлечено из измерений оптической спектроскопии».
Исследователи оценили свои светодиоды в серии тестов и обнаружили, что они превзошли ранее разработанные светодиоды на основе чистых монослойных 2D-материалов. Их устройство продемонстрировало ослабленные экситон-экситон взаимодействия, что уменьшило спад эффективности и усилило их люминесценцию.
«Светодиоды на основе интеркалированного MoS2 и WS2 работают с максимальной внешней квантовой эффективностью 0,02% и 0,78% соответственно при скорости генерации около 1020 см − 2 с − 1 » , — пишут исследователи.
Новые стратегии проектирования и изготовления, используемые Ваном, Фу и их коллегами, вскоре могут вдохновить на разработку аналогичных светодиодных устройств, которые не демонстрируют значительных потерь эффективности при высоких плотностях тока. Эти высокопроизводительные светодиоды могут иметь различные реальные применения, начиная от более эффективных источников освещения и заканчивая оптоэлектронными устройствами.
Например, светодиоды могут быть использованы для реализации высокоскоростной передачи данных на кристалле в оптических межсоединениях (т. е. компонентах, которые используют свет для передачи данных между различными частями систем или узлами в сети). В этом контексте они могут помочь повысить скорость, с которой оптические межсоединения могут передавать данные, одновременно снижая их энергопотребление.
Новости партнеров:
Вам могло бы понравиться:
101
