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中國科學技術(shù)大學物理學院樊逢佳教授與河南大學申懷彬教授攜手合作，利用EETA技術(shù)深入研究了綠色磷化銦基量子點發(fā)光二極管的關(guān)鍵科學問題，成功實現(xiàn)了綠色磷化銦基量子點LED的峰值外量子效率（EQE）達到26.68%，亮度突破270,000 cd/m2，并在初始亮度1,000 cd/m2下，T95（亮度衰減到起始值的95%）壽命長達1,241小時，刷新了世界紀錄。北京時間11月20日24時，相關(guān)研究成果以“Efficient green InP-based QD-LED by controlling electron injection and leakage”為題，發(fā)表在《自然》期刊上，標志著無毒量子點LED技術(shù)取得重要進展。

圖1 電激發(fā)瞬態(tài)吸收原理及磷化銦基量子點LED的關(guān)鍵科學問題

LED顯示照明是我國的支柱半導體產(chǎn)業(yè)。加快新興顯示照明LED（如量子點LED）研究，對于加強并保持我國的產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢，有著重要的意義。然而，由于缺乏原位、直觀的表征手段，目前新興LED的內(nèi)部運行機制理解尚不充分，限制了新興LED的研發(fā)速度。樊逢佳教授團隊于2020年成功研發(fā)出世界首臺電激發(fā)瞬態(tài)吸收（EETA）光譜儀（國家發(fā)明專利號：CN202011470295.0；PCT：WOCN21071264），這一技術(shù)可以給LED“拍片子”，全方位透視LED中的載流子和電場的時間分辨、空間分布等信息，為LED的機理研究提供關(guān)鍵的技術(shù)支持，推動LED領(lǐng)域的科學探索和技術(shù)進步。

圖2 綠色磷化銦基量子點LED改性策略及高性能器件表征

無鎘無鉛量子點由于其環(huán)境友好優(yōu)勢備受青睞，韓國三星集團投入巨大資源，于2019年和2020年分別發(fā)表兩篇《自然》論文，展示他們在紅藍兩色器件中所取得的進展。然而，綠色無鎘量子點LED（目前主要采用磷化銦基量子點）在效率和壽命方面遠落后于紅色和藍色環(huán)保型量子點LED，成為制約環(huán)境友好型全彩量子點LED產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。樊逢佳教授聯(lián)合研究團隊最新研究表明，當前綠色磷化銦基量子點LED性能較低的主要原因在于電子注入不足和嚴重的電子泄漏。為此，研究團隊提出采用“低、寬勢壘”的設(shè)計方案，既提升了電子注入效率，又有效抑制了漏電現(xiàn)象。通過這一優(yōu)化，研究團隊成功刷新了世界紀錄。

河南大學博士研究生卞陽陽和中國科學技術(shù)大學博士研究生嚴笑寒為該論文共同第一作者；河南大學申懷彬教授和中國科學技術(shù)大學樊逢佳教授、北京交通大學唐愛偉教授、河南大學陳斐博士為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委-區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、國家重點研發(fā)計劃等項目支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08197-z