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南開大學(xué)科研團隊實現(xiàn)多材料、跨尺寸的鈣鈦礦三原色電致發(fā)光器件的可控構(gòu)筑
2022年12月22日 13:41:01 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4514

該研究從化學(xué)學(xué)科出發(fā)，利用光學(xué)、凝聚態(tài)物理、半導(dǎo)體器件等交叉學(xué)科手段，成功實現(xiàn)半導(dǎo)體材料理化性質(zhì)可控調(diào)節(jié)的典型案例。該成果打破了傳統(tǒng)量子點合成策略的瓶頸，發(fā)展了全新的原位合成量子點固體薄膜新原理與新方法。

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】量子點(quantum dot)是在把激子在三個空間方向上束縛住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。有時被稱為“人造原子”、或“量子點原子”，是一種重要的低維半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體量子點在單電子器件、存貯器以及各種光電器件等方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景。
 
　　由于量子點顆粒半徑小于或者接近波爾半徑，體系中的電子或空穴的運動相當(dāng)于被限制在量子力學(xué)勢阱中，原本在宏觀體系下準(zhǔn)連續(xù)的能級分布變得分立，量子點因此展現(xiàn)出一系列量子化效應(yīng)，稱為量子尺寸效應(yīng)。因其這種獨特的性質(zhì)，量子點材料得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。自上世紀(jì)70年代中期以來，利用量子點代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半導(dǎo)體材料實現(xiàn)高性能光電器件成為非常重要的研究方向。
 
　　在傳統(tǒng)膠體量子點合成中，為了維持其在溶劑中的穩(wěn)定性，量子點表面會被引入大量有機配體。然而，有機配體的存在極大地阻礙了電荷在量子點之間的輸運效率，嚴(yán)重限制了量子點材料在眾多半導(dǎo)體光電器件中的應(yīng)用潛力。因此，深挖量子點形成機制與材料內(nèi)部載流子動力學(xué)輸運行為，開發(fā)“新材料、新工藝、新器件”是實現(xiàn)高性能量子點光電器件、推動半導(dǎo)體量子點技術(shù)革新的必然需求。
 
　　南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員袁明鑒、中國科學(xué)院院士陳軍帶領(lǐng)的科研團隊與加拿大多倫多大學(xué)科研人員合作，圍繞高性能半導(dǎo)體量子點固體合成中面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題，通過表面有機配體化學(xué)結(jié)構(gòu)理性設(shè)計，發(fā)展了高性能導(dǎo)電鈣鈦礦量子點固體薄膜制備全新策略，實現(xiàn)了多材料、跨尺寸的鈣鈦礦三原色電致發(fā)光器件的可控構(gòu)筑。
 
　　在持續(xù)探索適配于器件制造工藝的鈣鈦礦半導(dǎo)體材料合成新方案的過程中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過改變有機配體結(jié)構(gòu)，可以有效誘導(dǎo)鈣鈦礦材料維度信息、電子能帶結(jié)構(gòu)、激子效應(yīng)等理化特性轉(zhuǎn)變。基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊隨后對配體進行理性設(shè)計，創(chuàng)造性地實現(xiàn)了在基底表面上的高質(zhì)量導(dǎo)電鈣鈦礦量子點固體薄膜原位合成全新策略。
 
　　由于該策略可以有效避免傳統(tǒng)量子點制備策略中所面臨的配體易脫落、配體過多致使光學(xué)性能差、導(dǎo)電性差等問題，所合成的鈣鈦礦量子點固體薄膜具有極佳的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì)。同時，研究團隊將該高性能鈣鈦礦量子點固體薄膜材料引入電致發(fā)光二極管器件中，并成功實現(xiàn)了具有高能量轉(zhuǎn)換效率的三原色電致發(fā)光二極管的可控構(gòu)筑。
 
　　據(jù)了解，該研究從化學(xué)學(xué)科出發(fā)，利用光學(xué)、凝聚態(tài)物理、半導(dǎo)體器件等交叉學(xué)科手段，成功實現(xiàn)半導(dǎo)體材料理化性質(zhì)可控調(diào)節(jié)的典型案例。該成果打破了傳統(tǒng)量子點合成策略的瓶頸，發(fā)展了全新的原位合成量子點固體薄膜新原理與新方法。
 
　　相關(guān)成果Synthesis-on-substrate of quantum dot solids于近日發(fā)表在國際期刊《自然》
 
　　資料來源：中國科學(xué)報

 

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