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鈣鈦礦LED研究取得重大突破
文章來源：中國化工報(bào)     更新時(shí)間：2024-06-05 14:23:35
        近日，中國科學(xué)院黃維院士、南京工業(yè)大學(xué)柔性電子(未來技術(shù))學(xué)院王建浦教授和朱琳副教授團(tuán)隊(duì)合作在鈣鈦礦發(fā)光二極管(LED)研究領(lǐng)域取得重大突破。研究團(tuán)隊(duì)通過加快輻射復(fù)合速率，顯著提高熒光量子效率，使鈣鈦礦LED外量子效率突破30%大關(guān)，接近實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的水平。相關(guān)成果發(fā)表在《自然》上。
 
　　眾所周知，LED是新型顯示領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)，在高端制造業(yè)中具有非常重要的地位。薄膜LED技術(shù)是一類可以把LED器件大面積制備于任意基底(包括柔性基底)的關(guān)鍵技術(shù)，也是目前主流手機(jī)顯示屏制造所普遍采納的先進(jìn)技術(shù)。而基于鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的LED是一類新興的薄膜LED技術(shù)，具有加工工藝簡便、高亮度高效率等特性。近年來，鈣鈦礦LED技術(shù)在光電器件研究領(lǐng)域備受矚目，成為全球新型發(fā)光與顯示技術(shù)激烈競爭的焦點(diǎn)。
 
　　鈣鈦礦發(fā)光材料有三維、低維之分，其中三維鈣鈦礦最有潛力實(shí)現(xiàn)高亮度下的高效率發(fā)光，對未來發(fā)光顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化意義重大。然而，近年來三維鈣鈦礦LED外量子效率普遍停留在20%左右，整體性能提升遭遇瓶頸。“外量子效率由熒光量子效率和光提取效率共同決定。目前，器件光提取效率限制已被突破，熒光量子效率的提升卻未及預(yù)期。熒光量子效率是輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合過程競爭的結(jié)果，也就是說，為了提升熒光量子效率，需要抑制非輻射復(fù)合、提升輻射復(fù)合。在以往的研究中，研究人員大多采取缺陷鈍化的方式來抑制非輻射復(fù)合。但即使三維鈣鈦礦薄膜缺陷密度已經(jīng)減少到單晶鈣鈦礦水平，熒光量子效率仍普遍停留在70%左右。”王建浦介紹說。
 
　　為解決這一世界性難題，該團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，創(chuàng)造性地提出了一種通過調(diào)控晶體生長的方法，生成輻射復(fù)合速率更快的鈣鈦礦晶相，從而顯著提高了熒光量子效率。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)巧妙地運(yùn)用這一創(chuàng)新性方法成功地保持了三維鈣鈦礦的亞微米結(jié)構(gòu)，使器件的光提取效率不受影響，達(dá)到了雙管齊下的效果。該研究由此實(shí)現(xiàn)了96%的熒光量子效率和大于30%的光提取效率，并進(jìn)一步制備出外量子效率達(dá)到32%的高效鈣鈦礦LED，再次創(chuàng)造了鈣鈦礦LED發(fā)光效率的世界紀(jì)錄。“我們同樣發(fā)現(xiàn)，器件在高亮度下仍能保持高效率，即使在每平方厘米100毫安的大電流密度下，外量子效率仍能保持在30%以上。”朱琳介紹說。
 
　　談及鈣鈦礦LED的發(fā)展，黃維院士表示，這一重大創(chuàng)新突破彰顯了基于鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的薄膜LED技術(shù)的巨大潛力，將推動基于鈣鈦礦LED的顯示技術(shù)以及探測技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐，也預(yù)示著其在綠色照明、航空航天和健康醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。 
 
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