耐高压单色qled器件制备

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 耐高压单色 QLED 器件制备 【摘 要】本文通过磁控溅射和 有机蒸镀的方法分别制备了量子点 LED（QLED）的 ZnO 电子传输层和 NPB 空穴传输层，构建了基于 CdSe/CdS/ZnS 量子点作为发光层的红 光 QLED。通过优化电子传输层和空穴 传输层制备工艺得到了稳定的耐高压单 色器件，测试结果表明该器件在 10- 15V 范围均可持续稳定地发出红光。 中国论文网 /8/view-12936555.htm 【关键词】量子点；发光二极管； 磁控溅射；有机蒸镀 中图分类号： O472 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）04- 0124-003 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Manufacture of high voltage monochrome QLED device ZHANG Li MA Yong* （College of Physics and Electronic Engineering，Chongqing Normal University，Chongqing 401331，China） 【Abstract】In this paper， ZnO electron transport layer and NPB hole transport layer were prepared by magnetron sputtering and organic vapor deposition，respectively. Red QLED based on CdS/CdS/ZnS quantum dots emitting layer was manufactured. A stable high voltage monochrome device was obtained by optimizing the electron transport layer and hole transport layer preparing technology. The test results showed that the device can emit monochrome red light at the voltage range from 10 to15V steadily. -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 【Key words】quantum dots； LED；magnetron sputtering；organic vapor deposition 0 引言 无机量子点半导体是一种无机纳 米级半导体材料。这种无机量子点半导 体具有高的稳定性1-2。无机量子点半 导体尺度比本身的激子波尔半径小，因 此存在显著的量子局域效应，从而使半 导体的带隙变宽。通过调节量子点半导 体的尺寸就可以改变半导体的带隙及其 发光的中心波长3-5。从 1994 年用量 子点作为发光材料被提出以后，量子点 显示得到了较大的发展，有非常大的可 能取代传统的 LCD（Liquid Crystal Display）显示器成为下一代显示器6-8。 量子点发光二极管（QLED）的 雏形早在二十世纪九十年代初就被设计 出来。早期的器件结构非常简单：在量 子点两端直接接通电极，以量子点作为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 电子、空穴传输层也作为发光层，这种 器件结构导致器件的效率非常低。在量 子点发光二极管的后续研究中，逐步引 入电子与空穴传输层，量子点作为中间 的单独发光层，这种类似于三明治设计 的结构沿用至今。 在寻找量子点发光二极管空穴、 电子传输层材料过程中。一方面，使用 无机物作为量子点二极管的传输层，这 是因为无机物作为传输层稳定性很好， 但是电子和空穴传输层都使用无机物制 作出的器件具有非常大的电流密度9-10。 另一方面，使用有机物作为量子点器件 的传输层可以降低器件的电流密度，因 为有机物容易受到水蒸汽、氧气等腐蚀， 会引起器件性能下降11 。因此，使用 有机材料作为空穴传输层与无机材料作 为电子传输层制备有机无机杂化的 QLED，是一个非常好的选择。 本文采用 CdSe/CdS/ZnS12-14 红色量子点制备了三明治结构的单色红 光 QLED 器件，对其工艺流程进行了探 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 讨，并对器件的性能指标进行了分析讨 论。 1 器件的制备 三明治结构 QLED 器件的核心有 三层，分别是电子传输层、量子点发光 层与空穴传输层，其中电子传输层要求 具有较高的电子迁移率以及较大的电子 亲和势，这有利于电子的传输，而且电 子传输层需要与量子点相比具有较高的 激发态能级，使电子空穴复合在量子点 层发生而不发生在子传输层。因此， ZnO 是一种非常理想的电子传输层材料。 同时，器件的稳定性要求传输层是均匀 致密的薄膜。 对于有机空穴传输层的选择要求 光透过率较高，并且要在可见光范围内 透明；能够阻挡电子泄露，同时为发光 层传导空穴；在大气环境中化学稳定， 不与邻层发生化学反应。自从发现以联 苯为核心的三芳香胺作为空穴传输层之 后，可以大幅改善电致发光效率以及材 料稳定性，因此现如今大部分空穴传输 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 层材料都包含这部分基团。在 TPD（N，N-Bis（3-methylphenyl）- N，N-bis （phenyl） benzidi-ne）分子 中加入萘基基团后形成 NPB（N，N- diphenyl-N，N-bis（1-naphthyl） （1，1-biphenyl ）-4 ，4d -iamine） ，有 效提高了材料的玻璃化转变温度。因此， 我们采用有机物 NPB 作为空穴传输层 材料。 磁控溅射制备无机氧化物薄膜时， 在高本地真空下将靶材溅射到基底并形 成形成薄膜，材料在基底上附着力强， 均匀、致密，膜厚可控；有机蒸发镀膜 是在高真空下利用材料被加热蒸发到基 底上形成薄膜，材料在基底上纯度高、 质量好且厚度可控15 。 因此，本文采用 ZnO 作为电子 传输层，NPB 作为空穴传输层，分别利 用磁控溅射和有机蒸镀法来实现，并与 CdSe/CdS/ZnS 红色量子点形成三明治 结构，制作出 QLED 器件，其工艺流程 如下： 1）ITO 玻璃放置于 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 烧杯中用依次丙酮、异丙醇、去离子水 在超声机清洗仪中清洗 10Min，清洗干 净以后放置于 70烘箱中烘干。 2）将烘干的 ITO 玻璃片的一部 分用 capton 胶布粘住，粘住部分预留作 为底电极用以链接电源负极。 3）将粘有 caputen 胶布的 ITO 玻 璃放置于磁控溅射镀膜仪（PVD75）内， 在上面溅射 500nm ZnO 传输层。溅射 条件为：本底真空 10-5Pa 量级；溅射 压强 10-4Pa 量级；氧气流量 45sccm； 交流溅射功率 100W；溅射时间为 2h。 4）将北京北达聚邦科技有限公 司生产的油溶性 CdSe/CdS/ZnS 红色量 子点溶于正己烷制成 5mg/ml 的溶液备 用。 5）将镀好 ZnO 的片子放置在旋 涂机上，用吸管吸取配好的红色量子点 溶液滴于 ZnO 上之后使用 1000r/min 转 速旋涂 50s。旋涂好的片子放置于 70 的烘箱中干燥 10Min，使正己烷完全挥 发。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 6）将旋涂好红色量子点的 ITO 片子放置在有机蒸发镀膜设备（VZZ- 300S）腔室内，使用有机蒸镀 100nmNPB 作为传输层。蒸镀条件为： 本底真空 10-4Pa 量级；加热 NPB 干锅 到 170并持续对干锅加温，使得 NPB 蒸发速率稳定在 2A/s。 7）将有机蒸镀好的片子放置于 磁控溅射镀膜仪（PVD75）内，使用有 4*4mm 孔的亚克力板作为掩模，在上 面溅射 200nm Ag 电极。溅射条件为： 本底真空 10-5Pa 量级；溅射压强 10- 4Pa 量级；氧气流量 45sccm；直流溅射 功率 60W；溅射时间为 2h。 8）最后将粘在 ITO 玻璃上的 capton 胶布揭掉，得到 QLED 器件。 2 器件结构及实验结果与分析 2.1 QLED 器件结构 器件截面的电子显微镜图如图 2（b）所示，通过使用肖特基场发射环 境扫描电子显微镜（FEI/Quanta 450 FEG）观察制作的 QLED 器件截面（右 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 下角标尺为 500nm） 。SEM 图片从上到 下，第一层通过磁控溅射制备的 500nm ZnO 薄膜比较致密，因此可以稳定传输 电子；第二层使用 5mg/ml 的量子点溶 液通过 1000r/min 旋涂量子点发光层可 以形成均一的量子点薄膜，为电子、空 穴稳定复合提供必要条件；第三层使用 有机蒸镀制备一层 100nm 的 NPB 致密 薄膜，因此可以为发光层稳定传输 空 穴；NPB 薄膜下的致密层为 200nm Ag 电极层。 2.2 QLED 电致发光光谱 封装好的器件我们进行了发光性 能测试，测试时使用美尔诺 M8812 可 编程直流电源给器件提供电压，所加载 电压分别为 10V、11V、12V、13V、14V、15V 恒 压，电致发光光谱采用用全功能型稳态/ 瞬态荧光光谱仪（EI-FLS980-S2S2- stm）进行测试，狭缝宽度为 5mm。测 试结果如图 3 所示，插图片为量子点发 光二极管点亮后的光学图片。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 从图中可以看出， QLED 器件 的发出的光为红光，光中心波长在为 630nm 左右，随着加载的电压增加发光 谱的中心波长并没有发生明显移动， 2.3 QLED 器件原理及分析 当给器件两端加上稳定直流电源 后，电子由阴极通过 ITO 经 ZnO 电子 传输层注入油溶性 CdSe/CdS/ZnS 红色 量子点，空穴由阳极 Ag 电极经空穴传 输层 NPB 注入量子点16。 ZnO 是一 种 n 型半导体材料，空穴是半导体的少 子，可阻碍空穴经由 ZnO 直接传向电 源阴极；而 NPB 容易氧化形成阳离子 自由基，具有良好的空穴传输能力，但 是对电子的传输能力非常弱，因此阻碍 了电子继续向阳极前进。因此，电子和 空穴在 CdSe/CdS/ZnS 红色量子点处大 量聚集，发生复合，产生红光17。 电压变化对发光强度和中心波长 的影响如图 4 所示。图 4 表明发光强度 随电压增大而增强，拟合分析表明发光 强度随电压变化呈线性增长，斜率为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 13395；但发光中心波长随电压增大几 乎不变。说明该器件在较宽的电压变化 范围内有很好的单色性，性能非常稳定， 即使在 15V 电压下也可以持续稳定发出 红光。而传统的直接通过旋涂方法制备 的电子传输层和空穴传输层的 QLED， 当器件两端加载电压大于 9V 时光谱就 会发生红移18 ，其原因是器件的电子 或者空穴传输层薄膜在电压较高时已发 生改变。我们的 QLED 器件在 15V 外 加电压时没有发生明显红移或者蓝移现 象是因为我们采用了磁控溅射和有机蒸 发的方法，通过改进实验工艺，所制备 的电子、空穴传输层薄膜均匀致密，可 以持续承受较大电压。 图 4 QLED 器件发光强度随电压 变化与器件中心波长随电压 Fig 4 QLED device luminous intensity with volta