Ulepszony wtrysk elektronów i uwięzienie ekscytonów dla czystych niebieskich diod elektroluminescencyjnych z kropkami kwantowymi poprzez wprowadzenie częściowo utlenionej katody aluminiowej

Zrównoważone wstrzykiwanie i elektrod do emisyjnej warstwy kropek kwantowych w celu uniknięcia rekombinacji radiacyjnej ma kluczowe znaczenie dla czystości kolorów, stabilności i wydajności diod elektroluminescencyjnych opartych na kropkach kwantowych. Zaproponowaliśmy częściowo utlenioną katodę aluminiową, aby usprawnić wtryskiwanie elektrod w warunkach uwięzienia ekscytonów dla wysokowydajnych niebieskich diod elektroluminescencyjnych z kropkami kwantowymi. Główną zaletą tej techniki jest to, że w urządzeniu nie jest emotikonowana żadna dodatkowa warstwa transportująca elektrony, co gwarantuje czystość koloru i upraszcza procesy produkcyjne.

Demonstracja procedur zostanie przeprowadzona przez Wendę Sun, doktorantkę w moim laboratorium. Aby rozpocząć procedurę, należy pociąć kawałek szkła powlekanego ITO o wymiarach 12 na 12 centymetrów o rezystywności około 10 omów na kwadrat na paski o szerokości 15 milimetrów. Wyczyść szklane paski ITO bezpyłową szmatką i czystym etanolem.

Pozostaw szkło ITO do wyschnięcia na powietrzu. Sprawdź przewodzącą stronę szkła ITO pod kątem wad za pomocą multimetru cyfrowego. Użyj standardowej taśmy klejącej, aby zakryć odcinek o szerokości dwóch milimetrów wzdłuż środka szklanego paska ITO.

Następnie umieść szklankę ITO w płytkim pojemniku kwasoodpornym, takim jak szalka Petriego. Wlej proszek cynkowy na szkło ITO o grubości około 0,5 milimetra. Wlej 36% wagowo kwasu solnego na szklankę, aż szklanka i w proszku zostaną całkowicie zanurzone.

Pozwól trawieniu postępować przez 15 sekund. Następnie odlej roztwór kwasu solnego. Natychmiast dokładnie spłucz wytrawioną szklankę ITO wodą z kranu.

Osusz szklankę bezpyłową szmatką i usuń taśmę klejącą. Namocz wytrawione szkło ITO w acetonie na 15 minut. Użyj wacika, aby usunąć wszelkie pozostałości kleju ze szkła ITO.

Następnie pokrój szkło ITO na kawałki o wymiarach 15 na 15 milimetrów za pomocą noża do szkła. Kawałki szkła ITO należy poddać sonikacji w rozcieńczonym roztworze detergentu, wodzie z kranu, wodzie dejonizowanej, acetonie i alkoholu izopropylowym, po kolei, po 15 minut. Następnie wysuszyć kawałki szkła ITO pod strumieniem gazowego azotu.

Suszyć kawałki dalej w piekarniku w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez pięć minut na powietrzu. Po zakończeniu przechowuj suche kawałki w powietrzu. Przed wytwarzaniem, w wypełnionej azotem, odwilgoconej komorze rękawicowej, dodaj jeden mililitr ortodichlorobenzenu do 25 miligramów poli-TPD.

Mieszaj mieszaninę w temperaturze pokojowej przez noc. Aby rozpocząć wytwarzanie warstwy, wyjmij od jednego do sześciu roztworów PEDOT:PSS z lodówki, w której był przechowywany. Mieszaj roztwór PEDOT:PSS w temperaturze pokojowej przez 20 minut.

Podczas mieszania roztworu PEDOT:PSS należy traktować czyste, suche podłoże ze szkła ITO w komorze ozonowej ultrafioletowej przez 15 minut. Po zakończeniu mieszania i obróbki ozonem ultrafioletowym, narysuj około dwóch mililitrów równomiernie zdyspergowanego roztworu PEDOT:PSS do 10-mililitrowej strzykawki. Wyposaż strzykawkę w polieterowy filtr do telefonu komórkowego o grubości 0,45 mikrometra.

Zamocuj obrobione podłoże ze szkła ITO w środku wirowego uchwytu do powlekania. Nałóż dwie krople przefiltrowanego roztworu PEDOT:PSS na szkło ITO. Obracaj szkło ITO przy 3 000 obr./min przez 30 sekund.

Następnie wyżarzaj szkło ITO pokryte PEDOT:PSS w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez 15 minut, aby uzyskać folię PEDOT:PSS o grubości 30 nanometrów. Przenieść wyżarzone podłoże pokryte PEDOT:PSS do powlekarki wirowej w komorze rękawicowej wypełnionej azotem. Nałóż 35 mikrolitrów 25-miligramowego na mililitrowy roztwór poli-TPD na podłoże.

Wiruj podłoże z prędkością 3 000 obr./min przez 30 sekund i piecz podłoże w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez 30 minut, aby uzyskać folię poli-TPD o grubości 40 nanometrów. Następnie w komorze rękawicowej rozpuść 4,29 miligrama siarczku cynkowo-kadmowego pokrytego kropkami kwantowymi siarczku, pokrytymi krótkołańcuchowym jednooktanowym tiolem w 300 mikrolitrach toluenu. Zamocuj podłoże pokryte poliamidem w środku uchwytu do powlekania spinowego.

Na podłoże nanieść 35 mikrolitrów roztworu kropek kwantowych. Wiruj podłoże z prędkością 3 000 obr./min przez 30 sekund, aby uzyskać warstwę siarczku i kadmu o grubości 40 nanometrów pokrytą kropkami kwantowymi siarczku. Przechowywać podłoże w wypełnionym azotem, odwilgoconym schowku rękawicowym.

Przed osadzaniem aluminium i metalu należy użyć wąskiego skrobaka, takiego jak grawer, aby zeskrobać poli-TPD PEDOT:PSS i siarczek cynkowo-kadmowy pokryty warstwami kropek kwantowych siarczku z paska pokrytego ITO o szerokości dwóch milimetrów na każdym przygotowanym podłożu. Przykryj podłoża wzorzystymi metalowymi maskami i przenieś zamaskowane podłoża do komory termicznego odparowywania. Gdy komora osiągnie wartość 10 lub niższą od minus czterech, zdeponuj 10 nanometrów aluminium z prędkością jednego angstrema na sekundę, aby utworzyć aluminiowe elektrody.

Aby rozpocząć procedurę autooksydacji elektrody aluminiowej, należy umieścić urządzenia w piecu próżniowym podłączonym do pojemnika z bezwodną mieszaniną gazów składającą się w 80% z azotu i 20% tlenu. Zmniejsz temperaturę piekarnika do około 267 paskalów. Następnie zwiększ ciśnienie w piekarniku trzy razy od 10 do czterech paskali za pomocą bezwodnej mieszaniny azotu i gazu.

Utleniaj urządzenia w temperaturze pokojowej przez żądany czas, aby uzyskać niebieskie diody LED QD. Przechowuj urządzenia w wypełnionym azotem, odtłuszczonym schowku podręcznym. Widmo fotoelektronów promieniowania rentgenowskiego autooksydowanej katody aluminiowej można wyposażyć odpowiednio w trzy piki odpowiadające metalicznym jonom glinu, fazie gamma tlenku aluminium-3 i amorficznemu tlenkowi glinu.

Czasowo-rozdzielcza spektroskopia fotoluminescencyjna wykazała, że kropki kwantowe wykonane przez aluminium przez próbki tlenku glinu miały dłuższą żywotność niż kropki kwantowe przez próbki aluminium, co przypisano ulepszonemu wtryskiwaniu elektronów i tłumieniu nieradiacyjnej rekombinacji w kropkach kwantowych przez aluminium przez próbki tlenku glinu. Urządzenie QD-LED z katodą z czystego aluminium miało niską luminancję, co przypisywano nieefektywnemu wtryskiwaniu ładunku. Wprowadzenie 15-nanometrowej warstwy aluminium Q3 w celu ułatwienia transmisji elektronicznej poprawiło luminancję do 1300 kandeli na metr kwadratowy.

Obróbka utleniania znacznie poprawiła wydajność urządzenia, a urządzenie z aluminium z tlenkiem aluminium osiągnęło maksymalną luminancję 13 002 kandeli na metr kwadratowy i maksymalną wydajność prądową 1,15 kandeli na amper po 12 godzinach utleniania. Urządzenie z tlenku aluminium może tłumić hartowanie ekscytronów przy dużych gęstościach prądu ze względu na zwiększoną zdolność wtrysku elektronów i blokowania otworów. Szczyt emisji urządzenia z tlenkiem aluminium wystąpił na 457,3 nanometrze, przy maksymalnej połowie szerokości 21,4 nanometra, co wskazuje na czyste niebieskie światło bez pasożytniczej emisji elektroluminescencyjnej.

Emisja pozostaje stabilna przy różnych stosowanych odchyleniach. Pomysł na tę metodę po raz pierwszy powstał po zapoznaniu się z badaniami, które wykazały, że wystawienie katod aluminiowych na działanie powietrza może poprawić wydajność niebieskich urządzeń QD. Powlekana luminescencja niebieskiej powłoki cynkowo-kadmowo-siarczkowej za pomocą diod QD-LED z siarczkiem została osiągnięta przy użyciu częściowo utlenionej katody.

Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu 12 godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o ścisłym uwzględnieniu czasu utleniania. Zgodnie z tą procedurą można zastosować inne metody, takie jak wprowadzenie dodatkowej warstwy transportu elektronów, aby jeszcze bardziej poprawić wydajność urządzenia.

Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się niebieskimi diodami QD-LED do zbadania utlenionej katody aluminiowej w celu poprawy wydajności urządzenia. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wytwarzać wysokowydajne diody LED QD za pomocą łatwej do kontrolowania procedury utleniania.