量子點發光器件工作機理的光譜研究
一、前言：
量子點（QD）因其獨特的電子特性而成為光電子領域最有前途的材料之一。
量子點是尺寸在幾納米範圍内的半導體納米晶體，其大小決定了它們的電子和光學特性，包括它們的帶隙、激子壽命和量子限制。
調整量子點尺寸群組成的能力使其能夠用于各種光電應用，包括發光器件（LED）。
QD-LED在顯示技術和固态照明領域顯示出巨大的潛力。然而，QD-LED的工作機理仍然沒有得到很好的了解，關于其性能和效率的幾個基本問題仍未得到解答。
二、量子點發光二極管工作機理
典型的QD-LED由夾在兩個電極、陽極和陰極之間的QD層組成。當在器件上施加電壓時，電子和空穴分别從陽極和陰極注入QD層。
注入的電子和空穴在量子點内結合形成激子，激子是結合的電子-空穴對。
激子可以輻射或非輻射衰變。輻射衰減導緻光子發射，這是器件所需的輸出。然而，非輻射衰變過程，如俄歇複合和表面捕獲，會降低器件的效率。
開發高效QD-LED的挑戰之一是最小化非輻射衰減過程并提高輻射衰減率。器件的效率可以通過外部量子效率（EQE）來量化，EQE是器件發射的光子數與注入電子數的比率。
三、光譜技術
光譜技術通常用于研究量子點和量子點-LED的電子和光學特性。這些技術包括光緻發光 （PL）、時間分辨光緻發光 （TRPL）、電緻發光 （EL） 和瞬态 EL （TEL）。
這些技術中的每一種都提供了有關QD-LED工作機制的寶貴資訊。
四、光緻發光
光緻發光是一種廣泛用于研究量子點和量子點-LED光學特性的技術。在這種技術中，樣品被一定波長的光激發，并測量發射光。PL頻譜提供有關量子點的帶隙和尺寸分布的資訊。
在QD-LED中，PL光譜還可以提供有關輻射和非輻射衰變過程的資訊。PL強度與輻射衰減率成正比，而PL壽命與非輻射衰減率有關。
是以，PL光譜和壽命可用于通過減少非輻射衰減過程來優化器件性能。
五、時間分辨光緻發光
時間分辨光緻發光是一種用于研究量子點和量子點-LED中激子動力學的技術。在該技術中，樣品被短脈沖光激發，并測量時間分辨發射。
TRPL信号提供有關激子壽命以及輻射和非輻射衰變過程的資訊。
在QD-LED中，TRPL可用于通過減少非輻射衰減過程來優化器件性能。例如，TRPL研究表明，QD-LED中的激子壽命可以通過鈍化量子點的表面缺陷來增加。
這可以通過在量子點周圍使用由寬帶隙材料（如ZnS）制成的殼層來實作。殼層還可以減少激子的表面捕獲，導緻器件的輻射衰減率和EQE增加。
六、電緻發光
電緻發光是一種用于研究QD-LED在施加電壓下的光發射的技術。在這種技術中，向裝置施加電壓，并測量發射的光。EL光譜提供有關量子點發射特性的資訊，包括尺寸分布和帶隙。
七、瞬态電緻發光
瞬态電緻發光是一種用于研究QD-LED中激子在外加電壓下的動力學的技術。在這種技術中，将電壓脈沖施加到器件上，并測量時間分辨發射。TEL信号提供有關激子壽命以及施加電壓下的輻射和非輻射衰減過程的資訊。
八、QD-LED的光譜研究
已經進行了幾項光譜研究來研究QD-LED的工作機理。這些研究的重點是通過減少非輻射衰減過程和提高輻射衰減率來優化器件性能。這些研究的一些主要發現将在下文讨論。
九、表面鈍化
開發高效QD-LED的主要挑戰之一是非輻射衰變過程，例如表面捕獲和俄歇複合。一些研究表明，表面鈍化可以減少非輻射衰變過程，提高輻射衰變率。
例如，Shi等人的一項研究調查了表面鈍化對QD-LED性能的影響。研究表明，在量子點周圍使用由ZnS制成的殼層可以顯著減少非輻射衰變過程并提高輻射衰變速率。
通過使用ZnS外殼層，裝置的EQE從0.3%增加到3.1%。
Wang等人的另一項研究調查了表面鈍化對QD-LED性能的影響，使用量子點周圍的CdS制成的外殼層。
研究表明，CdS殼層可以減少器件的表面缺陷和非輻射衰變過程，進而提高器件的輻射衰變速率和EQE。
十、筆者觀點
Lee等人的另一項研究調查了量子點和HTL之間的能量轉移對量子點-LED性能的影響。研究表明，量子點向HTL的能量轉移可以減少非輻射衰變過程，提高輻射衰減率。裝置的 EQE 從 0 增加。
參考文獻
【1】《量子資訊技術的量子點》。
【2】《膠體量子點發光二極管》。
【3】《膠體量子點的表面鈍化，以提高發光二極管的量子效率和電流效率》。
【4】《殼層厚度對CdSe/CdS核/殼量子點發光器件性能的影響》。
【5】《量子點光中的能量轉移》。
