2018年5月31日
アルミ、白ネズミの陰極を採用することにより高パフォーマンス、純粋な青 ZnCdS/ZnS 系量子ドット発光ダイオードを製造するためのプロトコルが表示されます。
放射再結合を回避するために、正孔と電極を発光量子ドット層にバランスよく注入することは、量子ドットベースの発光ダイオードの色の純度、安定性、および効率にとって重要です。私たちは、励起子閉じ込め下での電極注入を強化するために、高性能青色量子ドット発光ダイオードのために、部分酸化アルミニウムカソードを提案しました。この技術の主な利点は、デバイス内に追加の電子輸送層がエモートされないため、色の純度が保証され、製造プロセスが簡素化されることです。
手順のデモンストレーションは、私の研究室の大学院生であるWenda Sunが行います。手順を開始するには、12cm×12cmのITOコーティングガラスを、1平方あたり約10Ωの抵抗率で15mm幅のストリップにカットします。ITOガラスストリップをほこりのない布と純粋なエタノールで清掃します。
ITOガラスを風乾させます。ITOガラスの導電面に欠陥がないか、デジタルマルチメータで確認します。標準の粘着テープを使用して、ITOガラスストリップの中央に沿って縦方向に幅2mmのセクションを覆います。
次に、ITOグラスをペトリ皿などの浅い耐酸性容器に入れます。ITOガラスに亜鉛粉末を約0.5mmの厚さで注ぎます。ガラスと亜鉛粉末が完全に沈むまで、ガラスに36重量%の塩酸を注ぎます。
エッチングを15秒間進行させます。次に、塩酸溶液を注ぎます。エッチングしたITOガラスは、すぐに水道水で十分にすすいでください。
ほこりのない布でガラスを乾かし、粘着テープをはがします。エッチングしたITOガラスをアセトンに15分間浸します。コットンボールを使用して、ITOガラスから接着剤の残留物を取り除きます。
次に、ITOガラスをガラスカッターで15mm×15mmにカットします。ITOガラス片を希薄洗剤溶液、水道水、脱イオン水、アセトン、およびイソプロピルアルコールでそれぞれ15分間順に超音波処理します。その後、窒素ガスの流れの下でITOガラス片を乾燥させます。
さらに、150°Cのオーブンで5分間空気中で乾燥させます。完成したら、乾燥したピースを空気中に保管します。製造に先立ち、窒素を充填した水分を含まないグローブボックスに、1ミリリットルのオルトジクロロベンゼンを25ミリグラムのポリTPDに加えます。
混合物を室温で一晩攪拌します。層形成を開始するには、1〜6個のPEDOT:PSS溶液を保管していた冷蔵庫から取り出します。PEDOT:PSS溶液を室温で20分間撹拌します。
PEDOT:PSS溶液を攪拌しながら、清潔で乾燥したITOガラス基板を紫外線オゾンチャンバーで15分間処理します。攪拌処理と紫外線オゾン処理の両方が終了したら、均一に分散したPEDOT:PSS溶液を約2ミリリットルを10ミリリットルのシリンジに引き込みます。シリンジに0.45マイクロメートルのポリエーテル携帯電話フィルターを装備します。
処理したITOガラス基板をスピンコーターチャックの中心に固定します。ろ過されたPEDOT:PSS溶液を2滴ITOガラスに塗布します。ITO ガラスを 3 、 000 RPM で 30 秒間スピンコーティングします。
次に、PEDOT:PSSコーティングされたITOガラスを摂氏150度で15分間アニールし、厚さ30ナノメートルのPEDOT:PSS膜を得ます。アニールしたPEDOT:PSSコーティング基板を窒素充填グローブボックス内のスピンコーターに移します。25ミリグラム以上のミリリットルのポリTPD溶液を35マイクロリットルを基板に塗布します。
基板を 3, 000 RPM で 30 秒間スピンコートし、基板を摂氏 150 度で 30 分間ベークして、厚さ 40 ナノメートルのポリ TPD フィルムを得ます。次に、グローブボックスに、短鎖の1オクタンチオールでキャップされた硫化亜鉛量子ドットでコーティングされた4.29ミリグラムの硫化亜鉛-カドミウム-硫化物を300マイクロリットルのトルエンに溶解します。ポリTPDコーティング基板をスピンコーターチャックの中央に固定します。
35マイクロリットルの量子ドット溶液を基板に塗布します。基板を3, 000 RPMで30秒間スピンコートして、硫化亜鉛量子ドットでコーティングされた厚さ40ナノメートルの亜鉛カドミウム硫化物の膜を得る。窒素を充填した水分を含まないグローブボックスに基板を保管します。
アルミニウム-金属蒸着に先立ち、グレーバーなどの細いスクレーパーを使用して、準備した各基板上の幅2mmのITOコーティングストリップから、PEDOT:PSSポリTPDと硫化亜鉛量子ドット層でコーティングされた硫化亜鉛カドミウムを削り取ります。基板をパターン化された金属マスクで覆い、マスクされた基板を熱蒸発チャンバーに移します。チャンバーがマイナス4パスカルまで10ナノメートル以下になると、10ナノメートルのアルミニウムを1秒間に1オングストロームで堆積させてアルミニウム電極を形成します。
アルミニウム電極の自動酸化手順を開始するには、80%の窒素と20%の酸素の無水ガス混合物の容器に接続された真空オーブンにデバイスを置きます。オーブンを約267パスカルに下げます。次に、オーブンを無水窒素ガス混合物で4パスカルの10倍の3倍に加圧します。
デバイスを室温で所望の時間酸化して、青色のQD-LEDを取得します。デバイスは、窒素で満たされた湿気のないグローブボックスに保管してください。自動酸化アルミニウムカソードのX線光電子スペクトルは、金属アルミニウムイオン、アルミニウム-3酸化物のガンマ相、およびアモルファスアルミナに対応する3つのピークをそれぞれ適合させることができる。
時間分解フォトルミネッセンス分光法では、アルミニウムによるアルミニウム試料による量子ドットは、アルミニウム試料による量子ドットよりも寿命が長いことが示されました。これは、電子注入の改善と、酸化アルミニウム試料によるアルミニウムによる量子ドットの非放射再結合の抑制によるものです。純アルミニウムカソードを備えたQD-LEDデバイスは輝度が低く、これは非効率的な電荷注入に起因していました。電子伝送を容易にするために15ナノメートルのアルミニウムQ3層を導入することで、輝度は1平方メートルあたり1300カンデラに向上しました。
酸化処理により、酸化アルミニウムによるアルミニウムは、12時間の酸化後、1平方メートルあたり13, 002カンデラの最大輝度とアンペアあたり1.15カンデラの最大電流効率を達成し、デバイスの性能を劇的に向上させました。酸化アルミニウムによるアルミニウムは、電子注入と正孔遮断能力の向上により、高電流密度での励子消光を抑制できる可能性があります。アルミニウム×酸化アルミニウムデバイスの発光ピークは457.3ナノメートルで発生し、全幅半値最大は21.4ナノメートルで、寄生エレクトロルミネッセンス発光のない純粋な青色光を示しています。
この放射は、さまざまなバイアスを適用しても安定しています。この方法のアイデアを最初に得たのは、アルミニウムカソードを空気にさらすと青色QDデバイスの性能が向上するという研究の熟読に触発されています。硫化亜鉛QD-LEDによる青色亜鉛-カドミウム-硫化物コートのコーティング発光は、部分酸化カソードを使用して達成されました。
このテクニックを習得すると、適切に実行すれば12時間で完了します。この手順を試行するときは、酸化時間を厳密に考慮することを忘れないでください。この手順に従って、追加の電子輸送層を導入するなどの他の方法を実行して、デバイスの性能をさらに向上させることができます。
開発後、この技術は、青色QD-LEDの分野の研究者が、デバイスの性能を向上させるために酸化アルミニウムカソードを探求する道を開きました。このビデオを見れば、簡単に制御できる酸化手順で高性能なQD-LEDを作製する方法を十分に理解できるはずです。
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本記事では、ZnCdS/ZnSベースの量子ドットを用いた高性能青色発光ダイオードを作製するためのプロトコルを紹介します。特に、部分的に酸化させたアルミニウムカソードを通じて電極注入を強化することに焦点を当てており、これにより作製工程が簡略化され、色純度が確保されます。
不適切なエネルギー準位のアライメントや電荷注入の不均衡により、効率的で安定した青色発光を実現することは、量子ドットディスプレイ技術における重要な課題であり続けています。本研究では、自然酸化アルミニウムを用いた簡略化されたカソードエンジニアリング戦略を実証し、追加の電子輸送層なしで正孔と電子の注入をバランスさせ、放射再結合を向上させました。この手法は、次世代ディスプレイおよび固体照明向けの青色発光光電子コンポーネントにおける材料選択とデバイスアーキテクチャの予測的な信頼性を裏付けるものです。
この手法は、量子ドット発光システムにおける電荷注入特性の早期検証を可能にすることで、探索の連続的なプロセスに統合され、その後のスクリーニングや前臨床段階に近いデバイスの最適化を支援します。