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中國(guó)科大在環(huán)保型磷化銦量子點(diǎn)LED工作機(jī)制研究中取得重要進(jìn)展

來(lái)源:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)      2024-11-21
導(dǎo)讀:利用EETA技術(shù)深入研究了綠色磷化銦基量子點(diǎn)發(fā)光二極管的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,成功實(shí)現(xiàn)了綠色磷化銦基量子點(diǎn)LED的峰值外量子效率(EQE)達(dá)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(zhǎng)達(dá)1,241小時(shí),刷新了世界紀(jì)錄。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院樊逢佳教授與河南大學(xué)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(diǎn)發(fā)光二極管的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,成功實(shí)現(xiàn)了綠色磷化銦基量子點(diǎn)LED的峰值外量子效率(EQE)達(dá)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(zhǎng)達(dá)1,241小時(shí),刷新了世界紀(jì)錄。北京時(shí)間11月20日24時(shí),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(biāo)志著無(wú)毒量子點(diǎn)LED技術(shù)取得重要進(jìn)展。

圖1 電激發(fā)瞬態(tài)吸收原理及磷化銦基量子點(diǎn)LED的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

LED顯示照明是我國(guó)的支柱半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。加快新興顯示照明LED(如量子點(diǎn)LED)研究,對(duì)于加強(qiáng)并保持我國(guó)的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),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(yùn)行機(jī)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(tuán)隊(duì)于2020年成功研發(fā)出世界首臺(tái)電激發(fā)瞬態(tài)吸收(EETA)光譜儀(國(guó)家發(fā)明專利號(hào):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(chǎng)的時(shí)間分辨、空間分布等信息,為L(zhǎng)ED的機(jī)理研究提供關(guān)鍵的技術(shù)支持,推動(dòng)LED領(lǐng)域的科學(xué)探索和技術(shù)進(jìn)步。

圖2 綠色磷化銦基量子點(diǎn)LED改性策略及高性能器件表征

無(wú)鎘無(wú)鉛量子點(diǎn)由于其環(huán)境友好優(yōu)勢(shì)備受青睞,韓國(guó)三星集團(tuán)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?cè)诩t藍(lán)兩色器件中所取得的進(jìn)展。然而,綠色無(wú)鎘量子點(diǎn)LED(目前主要采用磷化銦基量子點(diǎn))在效率和壽命方面遠(yuǎn)落后于紅色和藍(lán)色環(huán)保型量子點(diǎn)LED,成為制約環(huán)境友好型全彩量子點(diǎn)LED產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。樊逢佳教授聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)最新研究表明,當(dāng)前綠色磷化銦基量子點(diǎn)LED性能較低的主要原因在于電子注入不足和嚴(yán)重的電子泄漏。為此,研究團(tuán)隊(duì)提出采用“低、寬勢(shì)壘”的設(shè)計(jì)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(guò)這一優(yōu)化,研究團(tuán)隊(duì)成功刷新了世界紀(jì)錄。

河南大學(xué)博士研究生卞陽(yáng)陽(yáng)和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生嚴(yán)笑寒為該論文共同第一作者;河南大學(xué)申懷彬教授和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)樊逢佳教授、北京交通大學(xué)唐愛(ài)偉教授、河南大學(xué)陳斐博士為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委-區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。

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


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