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量子点材料的研究现状及在光致发光和电led灯珠

统佳光电

继半导体纳米晶体的很多新的物理征象的发明,很多哄骗量子点(Quantum Dots, QD)的潜在的运用被发明。因为量子限域效应以及量子尺寸效应,半导体量子点具备引发光谱宽、半峰宽较窄、波长可和谐溶液加工等特色,遭到广泛存眷。颠末30多年的成长,量子点质料已经实现了“绿色合成线路”,机能逐渐晋升,可以或许举行工业化产物出产供给,今朝已经经开发出贸易化运用的光致发光器件,该系列器件接踵运用于LED照明以及显示范畴。尤为在显示范畴,cdse等量子点的线宽极窄,色采饱以及度高,对于于物体的色采还原能力较强,能到达ntsc色域的120%以上,引起了世界上大都电视厂商以及手机屏幕供给商的追捧。自2013年SONY发布第一款量子点电视以来,TCL、三星、LG及纳晶科技等公司发布了数款量子点产物,笼罩了电视、手机、电脑显示器等多个范畴。在2018年美国CES展览上,TCL、海信等公司力推量子点显示技能,势必鞭策量子点显示的进一步成长壮年夜。估计在2025年,量子点显示可以或许盘踞市场30%以上的份额。

本综述针对于量子点运用于高色采质量的照明以及显示技能的光致发光以及电致发光运用举行体系的论述。量子点的成长从最初的照明到如今的光致发光高色域显示违光源,已经经进入贸易化运用阶段。下一阶段可以想象出量子点的成本的逐渐降低、年夜范围的合成,和QD Vision、三星、LG等厂商在量子点电致发光上所支付的起劲,会进一步促成量子点的年夜面积的电致发光器件的贸易化。

胶体量子点

胶体量子点凡是指的是在溶液中举行合成以及处置惩罚的纳米尺寸的晶供应led灯珠体,其能匀称地分离在溶液中,量子点的外貌笼罩一层有机配体,配体经由过程配位键毗连到量子点外貌。最多见量子点由II-VII族(cdse,cds,Znse,cds,Pbs,Pbse)、III-VI族(InP、InAs)或者I-III-VII族(cuIns2,AgIns2)构成的半导体纳米颗粒。经由过程在合成中搭配差别的元素以及配体,可以获得差别描摹以及性子的量子点。

因为量子尺寸效应以及量子限域效应,经由过程简朴地调节制备的量子点的尺寸,可使其光谱笼罩从蓝光到近红外的所有波段。如硒化镉量子点,当合成粒径从2nm增长到8nm时,在紫外光照射下,其色采可以从蓝色过渡到红色的变化。今朝,镉基的量子点已经经证实具备极好的机能,由镉、锌、硒、硫等元素构成的量子点已经经进入了运用阶段。同时,无镉量子点如InP也在研究进展历程中;钙钛矿量子点也是当前一个热点的研究系统,但钙钛矿量子点的不变性仍旧是一个问题。本综述重要针对于胶体半导体量子点举行总结。

量子点合成的成长

量子点的合成在量子点的成长历程中起到了决议性的作用,只有可以或许得到不变靠得住的量子点才气为研究以及工业运用打下根蒂根基。根据量子点的合成系统,分为水相以及油相系统,可是水相合成的量子点不变性差、量子产率低、尺寸漫衍广,并且轻易团圆以及沉淀,已经经逐渐被裁减。在油相系统中,凡是包孕在120-360°C的温度下在有机高沸点溶剂中,先驱体反映天生量子点的晶核而且经由过程随后的降温住手生长。2001年Peng等哄骗毒性以及反映活性都较低的氧化镉乐成外露led灯珠制备了高质量cdse、cds、cdte量子点,随后2002年提出了非配位溶剂的系统,也是今朝使用最广的十八烯系统,这类低熔点、高沸点的溶液,在Ar气情况下,乐成制备了cds量子点。这类合成系统不需要在无水的情况下反映,且反映暖和,晶核质量易节制,试验重现性好,简化了制备工艺,被誉为“绿色合成线路”,此刻学术上和工业界都是使用这类要领举行合成。

在已往的10年中,微反映要领也获得了革新,使用这类要领可以年夜范围出产纳米晶体,并对于物理以及化学机能有很好的节制。因为反映器的可控性增长,在每一个工艺步调中可以及时阐发的传感器集成和优化算法以增长产量,使患上这一革新成为可能。在微反映器中已经经乐成合成为了纳米晶体胶体,例如cdte,cdse,InP,甚至包孕cdse/Zns以及Znse/Zns核/壳布局量子点。只管微反映器要领可以替换批次合成,可是需要分外的革新来合成具备更繁杂构成、外形以及可控荧光性子的纳米晶体。

量子点材料的研究现状及在光致发光和电致发光领域的应用

图 1 量子点的成长过程

量子点布局设计及优化

量子点尺寸较小,比外貌积年夜,按照其尺寸的差别,其所有原子的~10%-80%都位于外貌,只保留部门配位。这些不饱以及外貌吊挂键充任了有用的电荷陷阱,可年夜幅降低量子产率,并且极易与氧气等发生反映而变患上不不变。第一种使这些吊挂键饱以及的计谋是经由过程有机钝化。在这个历程中,适合的有机配体可以作为外貌原子的配位,同时也能够在给定的溶剂中提高量子点的消融度。典型的配体包孕三辛基膦(toP),三辛基氧化膦(toPo),油酸(oA)以及各类脂肪胺(例如油胺,辛胺等)。经由过程使用这些外貌配体,未钝化量子点的低量子产率(凡是<1%)可以部门增长到1%以及50%之间。

降服核的不不变性的更遍及的解决方案是在核周围外延生长无机壳层。取决于体质料的导带(cB)以及价带(VB)边沿怎样相对于于核壳摆列,核以及壳质料的详细选择可以确定差别的电子组织,从而拥有差别的荧光特征。经由过程制备差别的无机核/壳异质布局,切确节制量子点内的电子以及空穴空间漫衍,提供所需的光学、电子以及化学性子的调制,以顺应广泛的潜力。Bawendi以及Alivisatos报导了cdse/Zns以及cdse/cds生长的具体研究,凸起了壳层构成以及厚度对于载流子离域的影响,并提出了主要的界面核/壳晶格应变。在所有效于生长核/壳量子点的合成要领中,Li等人开发的持续离子层吸赞同反映(sILAR)方案一直是最通用的。但因为sILAR步伐凡是耗时且繁杂,经由过程“一锅法”制备的量子点一样具备高的量子产率。微波辅助合成的cdse/cds/cdZns核/多壳层量子点具备多发光性以及优秀的不变性。该要领在基于打针的合成方面出现出一些长处,例如先驱体的活化选择性,批次之间的高重现性和近乎持续的纳米晶体出产。另外一种“一锅法”用于这制备在CDSE核外梯度生长CDS/ZNS壳层,因为在310°C高温下两个壳层之间受节制的晶体界面,其具备约90%的量子产率。

然而,核以及壳的质料凡是具备差别的晶格参数;是以,在核壳界面处易呈现布局缺陷提供了非辐射衰减通道,这类布局也会降低量子点的量子产率。是以,除了了思量质料自己的电子布局以外,必需针对于核与壳的最小晶格掉配来适量调解壳层以免布局缺陷。为相识决这个问题,一种可行的要领是使用合金或者者梯度的壳层作为缓冲层。在该布局中,使用逐渐从一种质料变化到另外一种质料的渐变合金层来减缓由晶格掉配引起的应变。2005年初次合成为了高亮度的CDSE/CDS/Zn0.5cd0.5s/ZNS多壳层量子点,并提出了这一律念。经由过程逐渐转变与CDS晶格掉配较年夜的ZNS之间的合金层,得到了较高的量子产率。这类观点在各类量子点质料中广泛合用。此外,这类梯度合金还能有用按捺非辐射的俄歇复合,对于电致发光除了了可以或许对于具备差别晶格参数的差别壳体举行工程改造外,梯度合金层还经由过程削减非辐射俄歇复合降低了衰变速度,从而提高电致发光的外量子效率。

量子点的光致发光运用

跟着合成要领、布局设计的不停优化以及量子点机能的逐渐提高,光致发光量子点器件的研究以及贸易化测验考试也在不停举行。光致发光的两个运用重要是哄骗量子点的可见光全光谱笼罩的高显色指数的照明运用以及哄骗窄发射带宽的显示器违光源的运用。

量子点材料的研究现状及在光致发光和电致发光领域的应用

图 2 量子点在 (a) 显示以及 (b) 照明上的上风

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