Verbesserte Elektroneninjektion und Exciton Entbindung für reine blaue Quantenpunkt-Leuchtdioden durch die Einführung von teilweise oxidierte Aluminium Kathode

Die ausgewogene Injektion von Löchern und Elektroden in eine emittierende Quantenpunktschicht zur Umgehung der Strahlungsrekombination ist entscheidend für die Farbreinheit, Stabilität und Effizienz der Quantenpunkt-basierten Leuchtdioden. Wir schlugen eine teiloxidierte Aluminiumkathode vor, um die Elektrodeninjektion unter Exzitoneneinschluss für hochleistungsfähige blaue Quantenpunkt-Leuchtdioden zu verbessern. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass keine zusätzliche Elektronentransportschicht in das Gerät emotiert wird, was die Reinheit der Farbe garantiert und die Herstellungsprozesse vereinfacht.

Die Demonstration der Verfahren wird von Wenda Sun, einer Doktorandin in meinem Labor, durchgeführt. Zu Beginn des Verfahrens schneiden Sie ein 12 Zentimeter x 12 Zentimeter großes Stück ITO-beschichtetes Glas mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10 Ohm pro Quadrat in 15 Millimeter breite Streifen. Reinigen Sie die ITO-Glasstreifen mit einem staubfreien Tuch und reinem Ethanol.

Lassen Sie das ITO-Glas an der Luft trocknen. Überprüfen Sie die leitfähige Seite des ITO-Glases mit einem Digitalmultimeter auf Defekte. Decken Sie mit Standard-Klebeband einen zwei Millimeter breiten Abschnitt in Längsrichtung entlang der Mitte des ITO-Glasstreifens ab.

Stellen Sie dann das ITO-Glas in ein flaches, säurebeständiges Gefäß, z. B. eine Petrischale. Gießen Sie Zinkpulver bis zu einer Dicke von etwa 0,5 Millimetern über das ITO-Glas. Gießen Sie 36 % Gewichtsprozent Salzsäure über das Glas, bis das Glas und das Zinkpulver vollständig untergetaucht sind.

Lassen Sie das Ätzen 15 Sekunden lang fortsetzen. Gießen Sie dann die Salzsäurelösung ab. Spülen Sie das geätzte ITO-Glas sofort gründlich mit Leitungswasser aus.

Trocknen Sie das Glas mit einem staubfreien Tuch ab und entfernen Sie das Klebeband. Weichen Sie das geätzte ITO-Glas 15 Minuten lang in Aceton ein. Verwenden Sie einen Wattebausch, um alle Klebstoffreste vom ITO-Glas zu entfernen.

Schneiden Sie dann das ITO-Glas mit einem Glasschneider in 15 Millimeter x 15 Millimeter große Stücke. Beschallen Sie die ITO-Glasstücke nacheinander jeweils 15 Minuten lang in verdünnter Reinigungslösung, Leitungswasser, deionisiertem Wasser, Aceton und Isopropylalkohol. Anschließend trocknen Sie die ITO-Glasstücke unter einem Strom von Stickstoffgas.

Trocknen Sie die Stücke weiter im Backofen bei 150 Grad Celsius für fünf Minuten an der Luft. Lagern Sie die trockenen Stücke an der Luft, wenn sie fertig sind. Geben Sie vor der Herstellung in einer mit Stickstoff gefüllten, feuchtigkeitsfreien Handschuhbox einen Milliliter Orthodichlorbenzol auf 25 Milligramm Poly-TPD.

Rühren Sie die Mischung über Nacht bei Raumtemperatur um. Um mit der Herstellung der Schicht zu beginnen, nehmen Sie eine PEDOT:PSS-Lösung von eins bis sechs aus dem Kühlschrank, in dem sie gelagert wurde. Rühren Sie die PEDOT:PSS-Lösung 20 Minuten lang bei Raumtemperatur um.

Während die PEDOT:PSS-Lösung rührt, wird ein sauberes, trockenes ITO-Glassubstrat 15 Minuten lang in einer ultravioletten Ozonkammer behandelt. Sobald sowohl das Rühren als auch die Behandlung mit ultraviolettem Ozon abgeschlossen sind, ziehen Sie etwa zwei Milliliter der gleichmäßig verteilten PEDOT:PSS-Lösung in eine 10-Milliliter-Spritze. Statten Sie die Spritze mit einem 0,45 Mikrometer großen Polyether-Handyfilter aus.

Fixieren Sie das behandelte ITO-Glassubstrat in der Mitte eines Schleuder-Coaterchucks. Tragen Sie zwei Tropfen gefilterte PEDOT:PSS-Lösung auf das ITO-Glas auf. Schleudern Sie das ITO-Glas 30 Sekunden lang bei 3.000 U/min.

Anschließend glühen Sie das PEDOT:PSS-beschichtete ITO-Glas 15 Minuten lang bei 150 Grad Celsius, um eine 30 Nanometer dicke PEDOT:PSS-Folie zu erhalten. Übertragen Sie das geglühte PEDOT:PSS-beschichtete Substrat in einen Schleuderbeschichter in einer mit Stickstoff gefüllten Glovebox. Tragen Sie 35 Mikroliter der 25-Milligramm-über-Milliliter-Poly-TPD-Lösung auf das Substrat auf.

Schleudern Sie das Substrat 30 Sekunden lang bei 3.000 U/min und backen Sie das Substrat 30 Minuten lang bei 150 Grad Celsius, um einen 40 Nanometer dicken Poly-TPD-Film zu erhalten. Als nächstes lösen Sie in der Glovebox 4,29 Milligramm Zink-Cadmium-Sulfid auf, das mit Zink-Sulfid-Quantenpunkten beschichtet ist und mit kurzkettigem Thiol mit einer Oktanzahl in 300 Mikrolitern Toluol umschlossen ist. Fixieren Sie das Poly-TPD-beschichtete Substrat in der Mitte des Schleuderfutters.

Tragen Sie 35 Mikroliter der Quantenpunktlösung auf das Substrat auf. Das Substrat wird 30 Sekunden lang bei 3.000 U/min geschleudert, um einen 40 Nanometer dicken Film aus Zink-Cadmium-Sulfid zu erhalten, der mit Zink-Sulfid-Quantenpunkten beschichtet ist. Lagern Sie den Untergrund in der mit Stickstoff gefüllten, feuchtigkeitsfreien Handschuhbox.

Vor der Aluminium-Metall-Abscheidung wird mit einem schmalen Schaber, z. B. einem Stichel, das PEDOT:PSS-Poly-TPD und das mit Zink-Sulfid-Quantenpunktschichten beschichtete Zink-Cadmium-Sulfid von dem zwei Millimeter breiten ITO-beschichteten Streifen auf jedem vorbereiteten Substrat abgeschabt. Decken Sie die Substrate mit gemusterten Metallmasken ab und geben Sie die maskierten Substrate in eine thermische Verdampfungskammer. Sobald die Kammer bei oder unter 10 bis minus vier Pascal liegt, scheiden 10 Nanometer Aluminium mit einem Angström pro Sekunde ab, um die Aluminiumelektroden zu bilden.

Um mit der Aluminium-Elektroden-Autoxidation zu beginnen, stellen Sie die Geräte in einen Vakuumofen, der mit einem Behälter mit einem wasserfreien Gasgemisch aus 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff verbunden ist. Den Ofen auf etwa 267 Pascal herunterschrauben. Dann wird der Ofen mit dem wasserfreien Stickstoff-Gas-Gemisch auf dreimal 10 bis vier Pascal unter Druck gesetzt.

Oxidieren Sie die Geräte bei Raumtemperatur für die gewünschte Zeit, um die blauen QD-LEDs zu erhalten. Bewahren Sie die Geräte in einer mit Stickstoff gefüllten, feuchtigkeitsfreien Handschuhbox auf. Das Röntgenphotoelektronenspektrum einer autoxidierten Aluminiumkathode könnte mit drei Peaks bestückt werden, die metallischen Aluminiumionen entsprechen, der Gammaphase von Aluminium-3-Oxid bzw. amorphem Aluminiumoxid.

Die zeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie zeigte, dass Quantenpunkte durch Aluminium-Aluminiumoxid-Proben eine längere Lebensdauer hatten als Quantenpunkte durch Aluminium-Proben, was auf eine verbesserte Elektroneninjektion und die Unterdrückung der nicht-strahlenden Rekombination in den Quantenpunkten durch Aluminium-Aluminiumoxid-Proben zurückgeführt wurde. Ein QD-LED-Baustein mit einer Kathode aus reinem Aluminium wies eine geringe Leuchtdichte auf, was auf eine ineffiziente Ladungsinjektion zurückgeführt wurde. Durch die Einführung einer 15-Nanometer-Aluminium-Q3-Schicht zur Erleichterung der elektronischen Übertragung wurde die Leuchtdichte auf 1300 Candela pro Quadratmeter verbessert.

Die Oxidationsbehandlung verbesserte die Leistung des Geräts erheblich, wobei das Aluminium-Aluminium-Oxid-Gerät nach 12 Stunden Oxidation eine maximale Leuchtdichte von 13.002 Candela pro Quadratmeter und einen maximalen Stromwirkungsgrad von 1,15 Candela pro Ampere erreichte. Die Aluminium-durch-Aluminiumoxid-Baurichtung könnte das Exzitron-Quenching bei hohen Stromdichten aufgrund ihrer verbesserten Elektroneninjektions- und Lochblockierungsfähigkeiten unterdrücken. Der Emissionspeak des Aluminium-mal-Aluminiumoxid-Bauelements trat bei 457,3 Nanometern auf, mit einer halben Breite von maximal 21,4 Nanometern, was auf reines blaues Licht ohne parasitäre Elektrolumineszenzemission hinweist.

Die Emission bleibt unter verschiedenen angelegten Vorspannungen stabil. Die Idee für diese Methode wurde von unserer Durchsicht der Forschung inspiriert, dass die Exposition der Aluminiumkathoden gegenüber Luft die Leistung der blauen QD-Geräte verbessern kann. Eine beschichtete Lumineszenz der blauen Zink-Cadmium-Sulfid-Schicht durch Zink-Sulfid-QD-LEDs wurde unter Verwendung einer teiloxidierten Kathode erreicht.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in 12 Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, die Oxidationszeit genau zu berücksichtigen. Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden, wie das Einbringen einer zusätzlichen Elektronentransportschicht, durchgeführt werden, um die Leistung des Geräts weiter zu verbessern.

Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der blauen QD-LED, die oxidierte Aluminiumkathode zur Verbesserung der Geräteleistung zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Hochleistungs-QD-LEDs durch ein leicht kontrollierbares Oxidationsverfahren herstellt.