【摘要】：高效量子點(diǎn)發(fā)光二極管不僅需要匹配的器件結(jié)構(gòu),也需要高性能的量子點(diǎn)材料。目前,量子點(diǎn)在溶液中熒光量子產(chǎn)率已經(jīng)接近100%,但是量子點(diǎn)成膜后,其熒光量子產(chǎn)率會急劇降低。研究發(fā)現(xiàn),量子點(diǎn)膜的量子產(chǎn)率直接決定了發(fā)光二極管器件的光電性能,因此提高量子點(diǎn)膜的熒光量子產(chǎn)率尤為重要。此外,量子點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對發(fā)光二極管器件中載流子傳輸性能的影響也是至關(guān)重要的,從量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)出發(fā),探索量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)對量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件性能的影響也一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本論文從量子點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn),一方面通過包殼修飾量子點(diǎn),提高其熒光量子產(chǎn)率,另一方面詮釋量子點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件中載流子傳輸以及光電性能的影響。本論文主要從以下三點(diǎn)研究內(nèi)容作具體的論述:(1)反Ⅰ型核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)相比于Ⅰ型量子點(diǎn)具有波長可調(diào)范圍寬,有利于實(shí)現(xiàn)全色彩的顯示。更為重要的是,反I型量子點(diǎn)由于其特殊的能級排布,電子空穴布居于外殼層,并在外殼層進(jìn)行輻射復(fù)合,這有利于電子、空穴直接注入,提升器件的電流密度。然而,迄今關(guān)于反I型量子點(diǎn)應(yīng)用于發(fā)光二極管的研究鮮見報(bào)道。在此,我們設(shè)計(jì)合成了具有61%量子產(chǎn)率的Cd_(0.1)Zn_(0.9)S/CdSe反Ⅰ型量子點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了450 nm-670 nm的波長可調(diào)。隨后通過合成Ⅰ型的CdSe/Cd_(0.1)Zn_(0.9)S量子點(diǎn),并組裝了量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件。研究發(fā)現(xiàn)雖然反Ⅰ型Cd_(0.1)Zn_(0.9)S/CdSe量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率較低,但是其發(fā)光器件的外量子效率和亮度(8.23%和11412 cd/m~2)均高于對應(yīng)的Ⅰ型量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的性能。主要是因?yàn)榉储裥土孔狱c(diǎn)無需克服外殼層的高勢壘,更利于載流子注入發(fā)光核心,因此使得量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件光電性能得以提高。(2)通過量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整改善器件中載流子傳輸平衡狀態(tài)是提高器件發(fā)光效率的有效途徑之一。我們在反Ⅰ型Cd_(0.1)Zn_(0.9)S/CdSe量子點(diǎn)的基礎(chǔ)上,選擇CdS作為殼層材料,一方面提高量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率,設(shè)計(jì)并合成了具有76%量子產(chǎn)率的Cd_(0.1)Zn_(0.9)S/CdSe/CdS量子點(diǎn);另一方面,通過調(diào)整CdSe層和CdS層的厚度,探索最佳電荷傳輸平衡狀態(tài)下的該量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。隨后通過在相同的器件結(jié)構(gòu)下對比Cd_(0.1)Zn_(0.9)S/CdSe/CdS和CdSe/CdS量子點(diǎn)的電致發(fā)光器件,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的Cd_(0.1)Zn_(0.9)S/CdSe/CdS量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率仍然較低,但是其對應(yīng)量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的最大外量子效率是12.44%,這遠(yuǎn)大于CdSe/CdS基的4.1%,這主要是得益于量子點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使得器件的電荷注入與傳輸更加平衡。(3)研究發(fā)現(xiàn),核殼量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率與量子點(diǎn)本身的晶格缺陷有關(guān)。晶格缺陷會導(dǎo)致缺陷態(tài)的形成,這樣會產(chǎn)生很多非輻射復(fù)合通道。電子空穴可由這些通道進(jìn)行無輻射遲豫,對光子生成沒有任何貢獻(xiàn),能量以熱的形式釋放,進(jìn)而造成器件的穩(wěn)定性降低。近期研究表明,多層核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)在生長過程中的晶格內(nèi)部應(yīng)力是形成晶格缺陷的主要原因之一。現(xiàn)有多層核殼量子點(diǎn)體系多集中于II/IV二元量子點(diǎn),難于有效控制各層的晶格參數(shù),減小內(nèi)部應(yīng)力及缺陷態(tài)。因此,我們采用三元合金量子點(diǎn)體系調(diào)控各層的晶格常數(shù),設(shè)計(jì)了一種緩解晶格應(yīng)變壓力的高熒光量子產(chǎn)率多殼層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。由于緩解了晶格應(yīng)變壓力,我們合成了厚殼層的量子點(diǎn),增大了量子點(diǎn)成膜后的點(diǎn)間距離,抑制了量子點(diǎn)間耦合,因此成膜后的量子產(chǎn)率也大大提高;通過對比基于三種不同殼層厚度下量子點(diǎn)發(fā)光二極管的器件性能對比分析發(fā)現(xiàn),量子點(diǎn)殼層厚度在7.5 nm下器件的亮度和外量子效率達(dá)到153632.2 cd/m~2和19.25%,遠(yuǎn)優(yōu)于薄殼層量子點(diǎn)發(fā)光二極管的器件光電性能。進(jìn)一步表明,量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的改變在提高量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件光電性能方面發(fā)展?jié)摿薮蟆?br>【圖文】：

不同半導(dǎo)體材料的能級示意圖

[16]。根據(jù)半導(dǎo)體材料能級的相對位置，核/殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)可以分為Ⅰ-型、反Ⅰ-型、Ⅱ-型三類，，對應(yīng)的能級排列示意圖如圖1-2所示[17]。大帶隙殼層材料包覆在帶隙小的核材料外，構(gòu)成Ⅰ-型核/殼結(jié)構(gòu)，能級特點(diǎn)是核半導(dǎo)體材料（殼）的導(dǎo)帶（價(jià)帶）能級低于（高于）殼層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶（價(jià)帶），這樣的能級排布導(dǎo)致電子和空穴都限制在核內(nèi)；與此同時(shí)，其殼層被用于量子點(diǎn)表面態(tài)的鈍化，表面缺陷的修飾，減少缺陷發(fā)光過程，進(jìn)而提高量子點(diǎn)的發(fā)光效率。圖 1-2 反Ⅰ-型、Ⅰ-型和Ⅱ-型核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的能級排列示意圖如圖1-2所示，兩種形式的Ⅱ-型核/殼結(jié)構(gòu)的能級特點(diǎn)是其對應(yīng)的核材料的導(dǎo)帶（價(jià)帶）的能級同時(shí)高于（低于）殼層材料的導(dǎo)帶（價(jià)帶）能級，錯(cuò)位的能級排列形成核與殼層半導(dǎo)體材料的帶隙都小的有效發(fā)光帶隙，導(dǎo)致電子和空穴在整個(gè)核/殼量子點(diǎn)中離域
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN312.8

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 史冬梅;楊斌;;量子點(diǎn)材料與顯示技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J];科技中國;2017年12期

2 汪兆平,韓和相,李國華;自組織生長的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)及其光學(xué)特性[J];光散射學(xué)報(bào);1997年01期

3 郭振振;唐玉國;孟凡渝;李力;楊大威;;熒光碳量子點(diǎn)的制備與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)展[J];中國光學(xué);2018年03期

4 翁增勝;林秀菊;;量子點(diǎn)在光電功能器件的研究進(jìn)展[J];高分子通報(bào);2018年08期

5 安成守;王洪福;;基于量子點(diǎn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)探討物理創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J];考試周刊;2018年81期

6 白恒軒;黃慧姿;楊依依;孫澤毅;夏振坤;紀(jì)曉婧;;微波法制備碳量子點(diǎn)及其應(yīng)用與熒光機(jī)理探究[J];化工管理;2019年01期

7 封強(qiáng);俞重遠(yuǎn);劉玉敏;楊紅波;黃永箴;;運(yùn)用解析方法分析量子點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變分布[J];北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

8 白光;量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)垂直輻射器件[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2002年09期

9 黃睿;吳紹全;;T型量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的自旋極化輸運(yùn)過程[J];低溫物理學(xué)報(bào);2010年04期

10 彭英才;納米量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的自組織生長[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2000年02期

相關(guān)會議論文 前7條

1 張帆;趙東星;古英;陳弘毅;龔旗煌;;金屬球-量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)失諧對量子點(diǎn)糾纏的增強(qiáng)效應(yīng)[A];第十七屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)會議報(bào)告摘要集[C];2016年

2 王寶瑞;孫征;孫寶權(quán);徐仲英;;InGaAs/GaAs鏈狀量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性研究[A];第11屆全國發(fā)光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

3 胡楚喬;;溶劑熱法制備CuInSe_2量子點(diǎn)及其特性研究[A];第五屆新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會摘要集（量子點(diǎn)太陽能池篇）[C];2018年

4 鐘新華;潘振曉;饒華商;;量子點(diǎn)敏化太陽電池中的電荷復(fù)合調(diào)控[A];第五屆新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會摘要集（量子點(diǎn)太陽能池篇）[C];2018年

5 孔祥貴;;發(fā)光量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)與生物偶聯(lián)的光譜分析表征[A];第八屆全國發(fā)光分析暨動力學(xué)分析學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2005年

6 徐天寧;吳惠楨;斯劍霄;;Ⅳ-Ⅵ半導(dǎo)體量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)及理論模擬[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

7 黃偉其;劉世榮;;用量子受限模型分析硅氧化層中的鍺低維納米結(jié)構(gòu)(英文)[A];貴州省自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 記者 桂運(yùn)安;半導(dǎo)體量子芯片研究再現(xiàn)“黑科技”[N];安徽日報(bào);2018年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉昊;低維異質(zhì)結(jié)構(gòu)與新型Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體發(fā)光器件的研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

2 韋松;空氣氛圍制備無機(jī)量子點(diǎn)及其在發(fā)光二極管中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

3 白繼元;耦合多量子點(diǎn)干涉儀系統(tǒng)電輸運(yùn)理論研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2019年

4 牛相宏;新型二維及量子點(diǎn)材料電子與光學(xué)性質(zhì)的理論研究[D];東南大學(xué);2017年

5 許瑞林;核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的厚殼層快速制備及其光學(xué)性質(zhì)[D];東南大學(xué);2017年

6 王永波;量子點(diǎn)比率熒光探針的設(shè)計(jì)及對活性生物分子的檢測研究[D];西北大學(xué);2018年

7 石林;手性金團(tuán)簇和CdSe量子點(diǎn)的合成及光學(xué)性質(zhì)調(diào)控[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 錢昕曄;納米硅量子點(diǎn)MOS結(jié)構(gòu)及納米硅量子點(diǎn)非揮發(fā)性浮柵存儲器的研究[D];南京大學(xué);2013年

9 陳啟明;In(Ga)N基納米線結(jié)構(gòu)的分子束外延生長及物性分析[D];長春理工大學(xué);2018年

10 湛晶;溶劑熱法制備全色熒光碳點(diǎn)和1T相二硫化鉬及相關(guān)的應(yīng)用研究[D];上海大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 林欣;甲胺鉛溴鈣鈦礦量子點(diǎn)的制備及其在電致發(fā)光器件中的應(yīng)用研究[D];天津理工大學(xué);2019年

2 鄧茗月;錳摻雜ZnS量子點(diǎn)制備、表面修飾及時(shí)間分辨分析[D];安徽建筑大學(xué);2019年

3 朱子昂;量子點(diǎn)-微腔耦合系統(tǒng)理論與特性研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

4 郭晨陽;Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族合金量子點(diǎn)的制備、光學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用研究[D];南昌航空大學(xué);2019年

5 常春;基于聚合物優(yōu)化的新型高效量子點(diǎn)發(fā)光二極管[D];南昌航空大學(xué);2019年

6 白錦科;反Ⅰ型量子點(diǎn)可控合成及其發(fā)光二極管的研究[D];南昌航空大學(xué);2019年

7 苑青;InGaAs/GaAs半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米材料光學(xué)性質(zhì)研究[D];河北大學(xué);2019年

8 王書禮;氧化鋅量子點(diǎn)的水熱合成及其在信息加密領(lǐng)域的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2019年

9 曹小聰;氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)的大規(guī)模制備、酸誘導(dǎo)催化及其多色發(fā)光調(diào)控[D];海南大學(xué);2017年

10 李臣澤;瀝青基石墨烯量子點(diǎn)的制備及其性能研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2017年

本文編號：2711265