Iniezione di elettroni avanzata e confinamento eccitone per diodi emettitori di luce pura blu Quantum-Dot introducendo parzialmente ossidato catodo in alluminio

L'iniezione bilanciata dei fori e degli elettrodi in uno strato di punti quantici emissivi per evitare la ricombinazione radiativa è fondamentale per la purezza del colore, la stabilità e l'efficienza dei diodi emettitori di luce basati su punti quantici. Abbiamo proposto un catodo di alluminio parzialmente ossidato per migliorare l'iniezione dell'elettrodo sotto confinamento dell'eccitone per diodi emettitori di luce a punti quantici blu ad alte prestazioni. Il vantaggio principale di questa tecnica è che nel dispositivo non viene emesso alcuno strato aggiuntivo di trasporto di elettroni, il che garantisce la purezza del colore e semplifica i processi di fabbricazione.

La dimostrazione delle procedure sarà fatta da Wenda Sun, una studentessa laureata nel mio laboratorio. Per iniziare la procedura, tagliare un pezzo di vetro rivestito ITO di 12 centimetri per 12 centimetri con una resistività di circa 10 ohm per quadrato in strisce larghe 15 millimetri. Pulire le strisce di vetro ITO con un panno privo di polvere ed etanolo puro.

Lasciare asciugare il vetro ITO all'aria. Controllare che il lato conduttivo del vetro ITO non presenti difetti con un multimetro digitale. Utilizzare del nastro adesivo standard per coprire una sezione larga due millimetri nel senso della lunghezza lungo il centro della striscia di vetro ITO.

Quindi, posizionare il bicchiere ITO in un contenitore poco profondo resistente agli acidi, come una capsula di Petri. Versare la polvere di zinco sul vetro ITO ad uno spessore di circa 0,5 millimetri. Versare il 36% in peso di acido cloridrico sul vetro fino a quando il vetro e la polvere di zinco sono completamente sommersi.

Lasciare procedere l'incisione per 15 secondi. Quindi, versare la soluzione di acido cloridrico. Sciacquare immediatamente il vetro ITO inciso accuratamente con acqua di rubinetto.

Asciugare il vetro con un panno privo di polvere e rimuovere il nastro adesivo. Immergere il vetro ITO acidato nell'acetone per 15 minuti. Utilizzare un batuffolo di cotone per rimuovere eventuali residui di adesivo dal vetro ITO.

Quindi, taglia il vetro ITO in pezzi di 15 millimetri per 15 millimetri con un tagliavetro. Sonicare i pezzi di vetro ITO in una soluzione detergente diluita, acqua di rubinetto, acqua deionizzata, acetone e alcol isopropilico, in sequenza, per 15 minuti ciascuno. Successivamente, asciugare i pezzi di vetro ITO sotto un getto di azoto gassoso.

Asciugare ulteriormente i pezzi in forno a 150 gradi Celsius per cinque minuti all'aria. Al termine, conservare i pezzi secchi all'aria. Prima della fabbricazione, in una scatola a guanti riempita di azoto e priva di umidità, aggiungere un millilitro di ortodiclorobenzene a 25 milligrammi di poli-TPD.

Mescolare il composto a temperatura ambiente per una notte. Per iniziare la fabbricazione degli strati, rimuovere una soluzione PEDOT:PSS da uno a sei dal frigorifero in cui è stata conservata. Mescolare la soluzione PEDOT:PSS a temperatura ambiente per 20 minuti.

Mentre la soluzione PEDOT:PSS si agita, trattare un substrato di vetro ITO pulito e asciutto in una camera di ozono ultravioletto per 15 minuti. Una volta terminata l'agitazione e il trattamento con ozono ultravioletto, aspirare circa due millilitri della soluzione PEDOT:PSS uniformemente dispersa in una siringa da 10 millilitri. Dotare la siringa di un filtro per cellulare in polietere da 0,45 micrometri.

Fissare il substrato di vetro ITO trattato al centro di un mandrino di centrifuga. Applicare due gocce di soluzione filtrata di PEDOT:PSS sul bicchiere ITO. Centrifugare il vetro ITO a 3.000 giri/min per 30 secondi.

Quindi, ricuocere il vetro ITO rivestito in PEDOT:PSS a 150 gradi Celsius per 15 minuti per ottenere una pellicola PEDOT:PSS spessa 30 nanometri. Trasferire il substrato ricotto rivestito in PEDOT:PSS in una centrifuga in una scatola a guanti riempita di azoto. Applicare 35 microlitri della soluzione di poli-TPD da 25 milligrammi su millilitro sul substrato.

Centrifugare il substrato a 3.000 giri/min per 30 secondi e cuocere il substrato a 150 gradi Celsius per 30 minuti per ottenere un film poli-TPD di 40 nanometri di spessore. Successivamente, nella scatola a guanti, sciogliere 4,29 milligrammi di solfuro di zinco-cadmio rivestito da punti quantici di solfuro di zinco, ricoperti con tiolo a catena corta a un ottano in 300 microlitri di toluene. Fissare il substrato rivestito in poli-TPD al centro del mandrino di centrifuga.

Applicare 35 microlitri della soluzione di punti quantici sul substrato. Centrifugare il substrato a 3.000 giri/min per 30 secondi per ottenere un film di solfuro di zinco-cadmio spesso 40 nanometri rivestito da punti quantici di solfuro di zinco. Conservare il substrato nel vano portaoggetti privo di umidità riempito di azoto.

Prima della deposizione di alluminio-metallo, utilizzare un raschietto stretto, come un bulino, per raschiare via il PEDOT:PSS poli-TPD e il solfuro di zinco-cadmio rivestiti da strati di punti quantici di solfuro di zinco dalla striscia rivestita di ITO larga due millimetri su ciascun substrato preparato. Coprire i substrati con maschere metalliche modellate e trasferire i substrati mascherati in una camera di evaporazione termica. Una volta che la camera è pari o inferiore a 10 o meno quattro pascal, depositare 10 nanometri di alluminio a un angstrom al secondo per formare gli elettrodi di alluminio.

Per iniziare la procedura di autossidazione alluminio-elettrodo, posizionare i dispositivi in un forno a vuoto collegato a un contenitore di una miscela di gas anidri composta per l'80% da azoto e per il 20% da ossigeno. Abbassate il forno a circa 267 pascal. Quindi, pressurizzare il forno a tre volte 10 ai quattro pascal con la miscela anidra di azoto-gas.

Ossidare i dispositivi a temperatura ambiente per il periodo di tempo desiderato per ottenere i LED QD blu. Conservare i dispositivi in una scatola a guanti priva di umidità riempita di azoto. Lo spettro elettronico dei fotografi a raggi X di un catodo di alluminio autoossidato potrebbe essere dotato di tre picchi corrispondenti rispettivamente agli ioni di alluminio metallico, alla fase gamma dell'ossido di alluminio-3 e all'allumina amorfa.

spettroscopia di fotoluminescenza risolta nel tempo ha mostrato che i punti quantici dell'alluminio da campioni di ossido di alluminio avevano una durata più lunga rispetto ai punti quantici dei campioni di alluminio, il che è stato attribuito a una migliore iniezione di elettroni e alla soppressione della ricombinazione non radiativa nei punti quantici da parte dell'alluminio da parte dei campioni di ossido di alluminio. Un dispositivo QD-LED con un catodo in alluminio puro aveva una bassa luminanza, che è stata attribuita a un'iniezione di carica inefficiente. L'introduzione di uno strato Q3 in alluminio a 15 nanometri per facilitare la trasmissione elettronica ha migliorato la luminanza a 1300 candele per metro quadrato.

Il trattamento di ossidazione ha migliorato notevolmente le prestazioni del dispositivo, con il dispositivo alluminio per ossido di alluminio che ha raggiunto una luminanza massima di 13.002 candele per metro quadrato e un'efficienza di corrente massima di 1,15 candele per ampere, dopo 12 ore di ossidazione. Il dispositivo di alluminio con ossido di alluminio potrebbe sopprimere l'estinzione degli eccitroni ad alte densità di corrente grazie alla sua maggiore capacità di iniezione di elettroni e di blocco delle lacune. Il picco di emissione del dispositivo alluminio per ossido di alluminio si è verificato a 457,3 nanometri, con una mezza larghezza massima di 21,4 nanometri, che indica luce blu pura senza emissione elettroluminescente parassita.

L'emissione rimane stabile sotto vari bias applicati. L'idea di questo metodo è stata ispirata dalla nostra analisi della ricerca secondo cui l'esposizione dei catodi di alluminio all'aria può migliorare le prestazioni dei dispositivi QD blu. Una luminescenza rivestita di rivestimento blu di solfuro di zinco-cadmio da parte di QD-LED al solfuro di zinco è stata ottenuta utilizzando un catodo parzialmente ossidato.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 12 ore se eseguita correttamente. Durante il tentativo di eseguire questa procedura, ricordarsi di considerare rigorosamente il tempo di ossidazione. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi, come l'introduzione di un ulteriore strato di trasporto di elettroni, per migliorare ulteriormente le prestazioni del dispositivo.

Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo del QD-LED blu per esplorare il catodo di alluminio ossidato per migliorare le prestazioni del dispositivo. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare QD-LED ad alte prestazioni con una procedura di ossidazione facilmente controllabile.