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用单层半导体材料打造“零缺陷”透明LED显示器

上网日期: 2015年12月02日 ?? 作者: Paul Buckley ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:单层半导体? 透明LED显示器? 单层薄膜?

美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)与劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的研究团队发现一种能为单层半导体修复缺陷的简单方法。透过将材料浸润于有机超强酸中,可让透明LED显示器所用的单层薄膜达到完美的“零缺陷”,从而大幅提高其发光效率。

单层半导体可望用于开发透明的LED显示器、超高效太阳能电池、光电检测器与纳米级晶体管,然而,单层薄膜通常因为满布缺陷而降低实际的性能。

伯克利的研究人员采用化学治疗法,可让单层材料的光致发光量子效率提高100倍——光致发光量子效率用于表示材料所产生的发光量与所投入的能量比。发光量越高、量子效率越高,材料的质量就越好。

研究人员将二硫化钼(MoS2)材料浸润于一种称为亚胺(bistriflimide)或TFSI的超强酸中,大幅提高了量子效率,使其从不到1%增加到100%。

这项刊登在11月27日《科学》(Science)期刊的研究结果,为MoS2等单层材料在光电装置与高性能晶体管的实际应用开启了大门。MoS2的厚度大约为1nm的7/10,比人类DNA链约2.5nm的直径更小。

“传统上,材料越薄,对于缺陷就越敏感,”UC Berkeley电子工程与计算机科学教授Ali Javey表示,“这项研究首次展现了完美的光电单层,它能够在这么薄的材料中实现可说是前所未闻的。”

研究人员使用超强酸的原因在于——以定义来看,他们都是具有“释放”质子倾向的解决方案,对于其他物质来说,他们通常是以氢原子的形式存在。研究人员表示,这种化学反应过程称为质子化,其效应是在缺陷处填补缺失的原子,同时移除黏在表面上的杂质。

该论文的共同作者是UC Berkeley博士生Matin Amani、博士班交换学生Der-Hsien Lien以及学士后研究人员Daisuke Kiriya。

根据作者群表示,科学家们一直在研究单层半导体,因为其光吸收性低,而且可承受扭转、弯曲及其他极端形式的机械变形,使其得以实现在透明或软性电子装置中的新应用。

具体而言,MoS2的特性是以范华德力(van der Waals force)键合分子层,这是一种在不同强大原子层间的原子键。使用如此超薄材料的更多好处在于它是高度电性可调的。对于像LED显示器等应用,这种特性 让装置可以透过改变施加的电压,以单一像素发出多种色彩而非单色。

激光束激发以MoS2制造的单层半导体示意图;图中的红色发光点即是由雷射激发的粒子《电子工程专辑》
激光束激发以MoS2制造的单层半导体示意图;图中的红色发光点即是由雷射激发的粒子
Source:Der-Hsien Lien

研究人员们并表示,LED的效率直接涉及光致发光量子效率,原则上,人们可利用这种零缺陷的“完美”光电单层材料开发透明且软性的高性能LED显示器。

这种处置方式还为晶体管带来革命性的潜力。当计算机芯片中的组件变得越小也越轻薄,存在的缺陷将会对性能造成重大限制。

Javey说:“在此所开发的零缺陷单层,除了可解决缺陷的问题以外,还可实现新型的低功耗开关。”

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载







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