Inyección electrónica mejorada y el confinamiento de excitón de punto cuántico de puro azul diodos emisores de luz mediante la introducción de cátodo de aluminio parcialmente oxidadas

La inyección equilibrada de orificios y electrodos en una capa de puntos cuánticos emisivos para evitar la recombinación radiativa es fundamental para la pureza del color, la estabilidad y la eficiencia de los diodos emisores de luz basados en puntos cuánticos. Propusimos un cátodo de aluminio parcialmente oxidado para mejorar la inyección de electrodos bajo confinamiento de excitones para diodos emisores de luz de punto cuántico azul de alto rendimiento. La principal ventaja de esta técnica es que no se emite una capa adicional de transporte de electrones en el dispositivo, lo que garantiza la pureza del color y simplifica los procesos de fabricación.

La demostración de los procedimientos será realizada por Wenda Sun, una estudiante de posgrado en mi laboratorio. Para comenzar el procedimiento, corte una pieza de vidrio recubierta de ITO de 12 centímetros por 12 centímetros con una resistividad de aproximadamente 10 ohmios por cuadrado en tiras de 15 milímetros de ancho. Limpie las tiras de vidrio ITO con un paño sin polvo y etanol puro.

Deje que el vidrio ITO se seque al aire. Revise el lado conductor del vidrio ITO en busca de defectos con un multímetro digital. Utilice cinta adhesiva estándar para cubrir una sección de dos milímetros de ancho a lo largo del centro de la tira de vidrio ITO.

Luego, coloque el vaso ITO en un recipiente poco profundo resistente a los ácidos, como una placa de Petri. Vierta polvo de zinc sobre el vidrio ITO hasta obtener un grosor de aproximadamente 0,5 milímetros. Vierta ácido clorhídrico al 36% en peso sobre el vidrio hasta que el vidrio y el polvo de zinc estén completamente sumergidos.

Deje que el grabado continúe durante 15 segundos. Luego, vierta la solución de ácido clorhídrico. Enjuague inmediatamente el vidrio ITO grabado a fondo con agua del grifo.

Seque el vidrio con un paño sin polvo y retire la cinta adhesiva. Remoje el vidrio ITO grabado en acetona durante 15 minutos. Utilice una bola de algodón para eliminar cualquier residuo de adhesivo del vidrio ITO.

Luego, corte el vidrio ITO en pedazos de 15 milímetros por 15 milímetros con un cortador de vidrio. Sonicar las piezas de vidrio ITO en una solución de detergente diluido, agua del grifo, agua desionizada, acetona y alcohol isopropílico, en secuencia, durante 15 minutos cada una. A continuación, seque las piezas de vidrio ITO bajo un chorro de gas nitrógeno.

Secar aún más las piezas en un horno a 150 grados centígrados durante cinco minutos al aire. Guarde las piezas secas al aire cuando estén terminadas. Antes de la fabricación, en una guantera sin humedad llena de nitrógeno, agregue un mililitro de ortodiclorobenceno a 25 miligramos de poli-TPD.

Revuelva la mezcla a temperatura ambiente durante la noche. Para comenzar la fabricación de capas, retire una solución de PEDOT:PSS de uno a seis del refrigerador en el que se almacenó. Revuelva la solución de PEDOT:PSS a temperatura ambiente durante 20 minutos.

Mientras la solución de PEDOT:PSS agita, trate un sustrato de vidrio ITO limpio y seco en una cámara de ozono ultravioleta durante 15 minutos. Una vez finalizados el tratamiento de agitación y ultravioleta-ozono, extraiga unos dos mililitros de la solución de PEDOT:PSS uniformemente dispersa en una jeringa de 10 mililitros. Equipe la jeringa con un filtro de poliéter para teléfonos celulares de 0,45 micrómetros.

Fije el sustrato de vidrio ITO tratado en el centro de un mandril de recubrimiento giratorio. Aplique dos gotas de solución filtrada de PEDOT:PSS al vaso ITO. Centrifugar el vidrio ITO a 3.000 rpm durante 30 segundos.

A continuación, recociendo el vidrio ITO recubierto de PEDOT:PSS a 150 grados centígrados durante 15 minutos para obtener una película PEDOT:PSS de 30 nanómetros de grosor. Transfiera el sustrato recubierto de PEDOT:PSS recocido a un spin-coater en una guantera llena de nitrógeno. Aplique 35 microlitros de la solución de poli-TPD de 25 miligramos sobre mililitros sobre el sustrato.

Centrifugar el sustrato a 3.000 rpm durante 30 segundos y hornear el sustrato a 150 grados centígrados durante 30 minutos para obtener una película de poli-TPD de 40 nanómetros de grosor. A continuación, en la guantera, disuelva 4,29 miligramos de sulfuro de zinc-cadmio recubierto por puntos cuánticos de sulfuro de zinc, tapado con tiol de un octano de cadena corta en 300 microlitros de tolueno. Fije el sustrato recubierto de poli-TPD en el centro del portapebrado giratorio.

Aplique 35 microlitros de la solución de puntos cuánticos sobre el sustrato. Centrifugar el sustrato a 3.000 rpm durante 30 segundos para obtener una película de 40 nanómetros de espesor de sulfuro de zinc-cadmio recubierta por puntos cuánticos de sulfuro de zinc. Guarde el sustrato en la guantera sin humedad llena de nitrógeno.

Antes de la deposición de aluminio y metal, utilice un raspador estrecho, como un buril, para raspar el PEDOT:PSS poly-TPD y el sulfuro de zinc-cadmio recubiertos por capas de puntos cuánticos de sulfuro de zinc de la tira recubierta de ITO de dos milímetros de ancho en cada sustrato preparado. Cubra los sustratos con máscaras metálicas estampadas y transfiera los sustratos enmascarados a una cámara de evaporación térmica. Una vez que la cámara está en o por debajo de 10 a menos cuatro pascales, deposite 10 nanómetros de aluminio a un angstrom por segundo para formar los electrodos de aluminio.

Para comenzar el procedimiento de autooxidación de electrodos de aluminio, coloque los dispositivos en un horno de vacío conectado a un recipiente con una mezcla de gases anhidros de 80% de nitrógeno y 20% de oxígeno. Baje el horno a aproximadamente 267 pascales. A continuación, presurice el horno a tres veces 10 por los cuatro pascales con la mezcla anhidra de nitrógeno y gas.

Oxidar los dispositivos a temperatura ambiente durante el tiempo deseado para obtener los QD-LED azules. Guarde los dispositivos en una guantera sin humedad llena de nitrógeno. El espectro de fotoelectrones de rayos X de un cátodo de aluminio autoxidado podría equiparse con tres picos correspondientes a iones metálicos de aluminio, la fase gamma del óxido de aluminio-3 y la alúmina amorfa, respectivamente.

La espectroscopia de fotoluminiscencia resuelta en el tiempo mostró que los puntos cuánticos de aluminio por muestras de óxido de aluminio tenían vidas más largas que los puntos cuánticos por muestras de aluminio, lo que se atribuyó a una inyección de electrones mejorada y a la supresión de la recombinación no radiativa en los puntos cuánticos por muestras de aluminio por óxido de aluminio. Un dispositivo QD-LED con un cátodo de aluminio puro tenía baja luminancia, lo que se atribuyó a una inyección de carga ineficiente. La introducción de una capa de aluminio Q3 de 15 nanómetros para facilitar la transmisión electrónica mejoró la luminancia a 1300 candelas por metro cuadrado.

El tratamiento de oxidación mejoró drásticamente el rendimiento del dispositivo, con el dispositivo de aluminio por óxido de aluminio logrando una luminancia máxima de 13.002 candelas por metro cuadrado y una eficiencia de corriente máxima de 1,15 candelas por amperio, después de 12 horas de oxidación. El dispositivo de aluminio por óxido de aluminio podría suprimir el enfriamiento del excitrón a altas densidades de corriente debido a su inyección de electrones mejorada y capacidades de bloqueo de agujeros. El pico de emisión del dispositivo de aluminio por óxido de aluminio se produjo a 457,3 nanómetros, con un medio máximo de ancho completo de 21,4 nanómetros, lo que indica luz azul pura sin emisión electroluminiscente parásita.

La emisión se mantiene estable bajo varios sesgos aplicados. La primera idea de este método se inspira en nuestra lectura de la investigación de que la exposición de los cátodos de aluminio al aire puede mejorar el rendimiento de los dispositivos QD azules. Se ha logrado una luminiscencia recubierta de una capa azul de sulfuro de zinc-zinc por QD-LED de sulfuro de zinc utilizando un cátodo parcialmente oxidado.

Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 12 horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, recuerde considerar estrictamente el tiempo de oxidación. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos, como la introducción de una capa adicional de transporte de electrones para mejorar aún más el rendimiento del dispositivo.

Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo del QD-LED azul exploraran el cátodo de aluminio oxidado para mejorar el rendimiento del dispositivo. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar QD-LED de alto rendimiento mediante un procedimiento de oxidación fácilmente controlable.