Klare lys af renhed:Forskere opdager, hvorfor rene kvanteprikker og nanorods skinner klarere

Forskere fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) har opdaget, hvorfor nogle kvanteprikker og nanorods lavet af rene halvledere udsender lys mere klart end kvanteprikker og nanorods, der indeholder urenheder.

Kvanteprikker og nanorods er små partikler af halvledermateriale, der kan udsende lys af bestemte farver, når de udsættes for en elektrisk strøm. De bruges i en række elektroniske enheder, såsom lysemitterende dioder (LED'er) og lasere.

Forskere leder altid efter måder at forbedre effektiviteten af ​​kvanteprikker og nanorods, da dette ville give dem mulighed for at blive brugt i en bredere vifte af applikationer. IMRE-holdets opdagelse kunne give en måde at gøre netop det på.

Forskerne fandt ud af, at nøglen til emission af skarpt lys er tilstedeværelsen af ​​"overfladetilstande" på kvanteprikkerne og nanoroderne. Overfladetilstande er elektrontilstande, der er placeret på overfladen af ​​et halvledermateriale. De skabes, når atomer mangler fra materialets overflade, og efterlader dinglende bindinger.

Når en elektrisk strøm påføres en kvanteprik eller nanorod, exciteres elektronerne i overfladetilstandene og udsender lys. Jo flere overfladetilstande der er, jo mere lys vil kvanteprikken eller nanorod udsende.

Forskerne fandt ud af, at kvanteprikker og nanorods lavet af rene halvledere har flere overfladetilstande end kvanteprikker og nanorods, der indeholder urenheder. Dette skyldes, at urenheder kan reducere antallet af dinglende bindinger på materialets overflade.

Forskernes resultater kan føre til udviklingen af ​​mere effektive kvanteprikker og nanorods til brug i en række elektroniske enheder.

Abstrakt

Halvleder nanokrystaller (kvanteprikker, QD'er) er lovende kandidater til fremtidige lysemitterende enheder på grund af deres størrelsesjusterbare emission og smalle emissionslinjebredde. Imidlertid introducerer mange af syntesemetoderne til fremstilling af QD'er også et betydeligt niveau af urenheder, som ofte kompromitterer de optiske QD-egenskaber. Ved hjælp af teoretiske beregninger og eksperimentelle målinger demonstrerer vi, at disse urenheder slukker QD-emissionen ved at tilvejebringe alternative ikke-strålende henfaldskanaler til de fotoexciterede bærere. Desuden afslører vi den kritiske rolle, som overfladetilstande (dinglende bindinger) spiller for at muliggøre lysemission. Vi demonstrerer, at en højere tæthed af overfladetilstande øger det strålingsmæssige henfald og dermed øger emissionskvantumudbyttet. For højkvalitets CdSe QD'er dækket med trioctylphosphinoxid (TOPO) identificerer vi en optimal QD-størrelse (~4,5 nm), der maksimerer antallet af overfladetilstande. Dette svarer til det højeste PL kvanteudbytte, der når 58%. Vores resultater giver retningslinjer for oprensning af QD'er, der i høj grad vil fremme anvendelsen af ​​QD-baserede optoelektroniske enheder.