基于过渡金属二硫属化物的 LED 显示出降低的效率损失

Josiah02

发光二极管 (LED) 是一种半导体器件，当电流流过时会发光，是众多电子设备的关键组成部分。LED 用于点亮智能手机、电脑和电视显示屏，以及室内和室外环境的光源。
过去的研究一致发现，在高电流密度下，基于二维 (2D) 材料的 LED 器件的性能和效率会下降。高电流密度下的效率损失与激子之间的高水平相互作用有关，这会导致一种称为激子-激子湮灭 (EEA) 的过程。
本质上，某些 2D 材料的特性促使激子之间产生强烈相互作用，导致激子彼此“失活”。这导致大量原本可用于 LED 照明的能源浪费。
东南大学、北京理工大学等科研院所的研究人员最近开发出了一种新型 LED，其激子-激子相互作用更弱，因此可以提高效率。这些器件在《自然电子学》杂志上发表的一篇论文中进行了介绍，
王世轩、傅强及其同事在论文中写道： “电介质或应变工程可用于降低单层过渡金属二硫属化物中的激子-激子湮没率，但在二维 LED 中实现不降低效率的电致发光却具有挑战性。”
“我们描述了基于插入式过渡金属二硫属化物且在高激子产生率下提供抑制激子-激子湮没的脉冲LED。”
为了制造 LED，研究人员首先使用一种称为一步氧等离子体插层的技术制造了量子阱状超晶格。这使他们能够将几层准单层材料堆叠在一起，从而改变其电子结构并增强 LED 的光致发光。
“我们将氧等离子体插入到几层二硫化钼 (MoS 2 ) 和二硫化钨 (WS 2 ) 中，从而制造出在光激发和电注入发光中效率下降均得到抑制的 LED，所有激子密度最高可达 10 20  cm − 2  s − 1左右，”王、傅和他们的同事写道。“我们将这种抑制归因于激子波尔半径和激子扩散系数的减小，这是从光谱测量中提取出来的。”
研究人员通过一系列测试评估了他们的 LED，发现它们的性能优于之前基于原始单层 2D 材料设计的 LED。他们的设备显示出较弱的激子-激子相互作用，从而降低了效率下降并提高了发光效果。
研究人员写道： “基于插入式 MoS 2和 WS 2的 LED的最大外部量子效率分别为 0.02% 和 0.78%，产生速率约为 10 20  cm − 2  s − 1。 ”
王、傅和同事采用的新设计和制造策略可能很快会启发人们开发类似的 LED 设备，这些设备在高电流密度下不会出现明显的效率损失。这些高性能 LED 可以有各种实际应用，从更高效的照明源到光电设备。
例如，LED 可用于实现光互连（即利用光在系统不同部分或网络节点之间传输数据的组件）中的高速片上数据通信。在这种情况下，它们可以帮助提高光互连传输数据的速度，同时降低其功耗。