La figure montre l'émission de lumière rouge d'une LED excitée électriquement fabriquée avec des matériaux semi-conducteurs 2D. (A) L'image de gauche illustre la structure de l'appareil composé de divers matériaux en couches. L'empilement de couches est constitué de graphène à quelques couches (FLG), le nitrure de bore hexagonal (hBN) et le disulfure de tungstène (WS2). (B) L'image de droite montre une image au microscope prise dans l'obscurité alors qu'une tension est appliquée à l'appareil. Crédit :Université nationale de Singapour
Des scientifiques de l'Université nationale de Singapour ont mis au point des diodes électroluminescentes (DEL) ultra-minces à haut rendement énergétique pour les technologies de communication de nouvelle génération.
Les sources lumineuses qui convertissent de manière fiable les signaux électriques en signaux optiques sont d'une importance fondamentale pour les technologies de traitement de l'information. Les LED écoénergétiques et haute vitesse qui peuvent être intégrées sur une micropuce et transmettre des informations sont l'un des éléments clés pour permettre la communication de données à haut volume. Semi-conducteurs bidimensionnels (2-D), qui sont des matériaux atomiquement minces de type graphène, ont récemment suscité un intérêt important en raison de leur taille inhérente (seulement quelques atomes d'épaisseur), propriétés d'émission lumineuse bien définies, et les perspectives d'intégration sur puce. Alors que plusieurs équipes de recherche dans le monde ont réussi à fabriquer des LED à base de ces matériaux ces dernières années, réaliser une émission de lumière efficace a été un défi majeur.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Goki EDA des départements de physique et de chimie, NUS a réussi à développer des LED ultra-minces à haute efficacité énergétique qui ne comprennent que quelques couches d'atomes. Un dispositif LED efficace convertit la majeure partie de son alimentation électrique en émission lumineuse (c'est-à-dire avec des pertes minimales dues à la conversion en d'autres formes d'énergie telles que la chaleur). Des études antérieures sur les LED basées sur des semi-conducteurs 2D ont indiqué qu'une grande quantité de courant électrique est nécessaire pour déclencher l'émission de lumière. Cela signifie qu'une fraction substantielle de la puissance électrique d'entrée est dissipée sous forme de chaleur au lieu de générer de la lumière. L'équipe a découvert que cette perte d'énergie peut être considérablement réduite en empêchant la fuite de courant électrique de la couche émissive vers les électrodes métalliques. Les chercheurs ont démontré qu'une couche isolante de quelques nanomètres peut supprimer de manière significative la perte d'énergie électrique d'entrée sans introduire de résistance électrique excessive. Bien au contraire, en optimisant l'épaisseur des couches isolantes, l'équipe a réduit de plus de 10 le courant électrique nécessaire au déclenchement de l'émission lumineuse, 000 fois par rapport aux LED de pointe basées sur des semi-conducteurs 2D.
Le professeur Eda a dit, "Nos appareils peuvent fonctionner à un courant électrique extrêmement faible car la conception de l'appareil garantit un gaspillage minimal d'énergie électrique."
"En optimisant la qualité des matériaux ainsi que les méthodes de conception et de fabrication des appareils, il devient possible d'avoir une émission lumineuse efficace avec un contrôle précis à l'échelle nanométrique. Cela aura potentiellement un impact significatif sur le développement des futures technologies de l'information, " a ajouté le professeur Eda.
L'équipe étudie actuellement en détail l'origine des processus de perte d'énergie afin d'améliorer encore l'efficacité de leurs appareils.
