Российские физики из ФИАНа нашли способ продления срока жизни органических светодиодов. С этой целью ученые предлагают примешивать к органической основе OLED-a долгоживущие нанокристаллы на основе халькогенидов кадмия. Эти неорганические люминесцентные точки не только избавят от работы быстро устающие органические хромофоры, но и значительно упростят технологию производства светодиода с нужным спектром излучения.
Органические светодиоды имеют несколько преимуществ по сравнению с иными светоизлучающими конструкциями. Во-первых, органическая химия весьма разнообразна, и подбор нужной длины волны излучения обусловливается лишь выбором вещества, во-вторых, для синтеза новых органических веществ не нужны сложные ростовые установки, как для лучевой эпитаксии или прецизионного осаждения. Однако не все так безоблачно. Создание долговечных органических светодиодов из-за малого срока жизни непосредственно излучающих точек - хромофоров - на сегодняшний день является проблемой. Физики из ФИАНа с помощью химиков из МГУ нашли способ устранения этого существенного недостатка.
"Мы предлагаем вместо органических хромофоров вводить неорганические люминесцентные центры - это центры на основе полупроводниковых нанокристаллов. В частности, нанокристаллы на основе халькогенидов кадмия (халькогениды - химические соединения элементов 6-ой группы - кислород, сера, селен, теллур, полоний - таблицы Менделеева с металлами, в данном случае речь идет о соединениях с кадмием - прим. Ф.И.) обладают довольно прочными связями, и потому не разрушаются во время эксплуатации. Более того, эти нанокристаллы обладают очень интересной сущностью - с изменением размеров объекта меняется и длина волны люминесценции, и для того, чтобы получить другую длину волны, достаточно лишь поменять размеры одного и того же вещества", - рассказывает один из основных исследователей свойств кадмиевых нанокристаллов, кандидат физ.-мат.наук Сергей Амброзевич.
Технология изготовления органических светодиодов с внедренными неорганическими нанокристаллами практически ничем не отличается от технологии в случае чистой органики. С разницей в одно действие - к органическому полупроводнику предварительно примешиваются полупроводниковые нанокристаллы, синтезированные в виде коллоидного раствора (в данном случае командой химиков из МГУ под руководством кандидата хим. наук Романа Васильева). Тогда получается, что проводящей частью получившегося состава является хорошо справляющаяся с этим органика, а люминесцирующей - долгоживущая неорганическая примесь. Однако для того, чтобы эта примесь люминесцировала, она должна уметь "завлекать" на свою территорию электроны и "дырки", и только после их рекомбинации выделится фотон люминесцентного излучения.
"Чтобы убедиться в том, что рекомбинация происходит, мы провели исследование подвижности носителей заряда в пленках из полупроводниковой проводящей матрицы, легированной нашими кадмиевыми квантовыми точками, в частности, селенидом кадмия с оболочкой из сульфида кадмия, и селенидом кадмия без оболочки. Каких-то специальных условий мы не создавали, все проводилось в обычных условиях. Оказалось, что структура с оболочкой захватывает заряды и поэтому может излучать, в то время как чистый селенид кадмия захватывать заряд отказался", - делится молодой исследователь из ФИАНа Сергей Амброзевич.
Дело в том, что при покрытии нанокристалла оболочкой из материала с более широкой запрещенной зоной, чем у ядра, вероятность (и эффективность) люминесценции увеличивается, так как вероятность перехода электрона и "дырки" в центр, где находится потенциальная яма, гораздо больше вероятности перехода в безизлучательные состояния на поверхности. Однако это имеет смысл, если потенциальные ямы для обоих зарядов находятся в одном месте - в центре нанокристалла, тогда им, будучи окруженными потенциальным барьером, не остается ничего, кроме как рекомбинировать. Это первый тип гетероперехода в нанокристаллах, именно он и наблюдался в случае селенида кадмия с оболочкой из сульфида кадмия. Другое дело, если потенциальная яма для электрона находится, скажем, в ядре, а для "дырки" - на поверхности. В этом случае вероятность их встречи крайне мала, а значит, мала и вероятность люминесценции. Пример тому - исследованный учеными позже кадмий-теллур/кадмий-селен. Понятно, что для продления срока жизни OLED-ов больше подходят нанокристаллы с первым типом гетероперехода.
Одной из основных областей применения OLED-технологии является создание "органических" дисплеев. Такие дисплеи обладают более привлекательными характеристиками по сравнению с плазменными и жидкокристаллическими. Это и меньшее энергопотребление, и возможность создания гибких дисплеев, и меньшие габариты и т.п., поэтому освоение методик продления срока их жизни - весьма полезное занятие. Меж тем фиановские физики, будучи все-таки приверженцами фундаментальной науки, уверены - кадмиевые квантовые точки интересны не только в составе OLED-а, но и сами по себе.
"Оказалось, - комментирует руководитель работы, профессор Алексей Витухновский, - что даже если оградить нашу квантовую точку потенциальным барьером, то есть создать условия для рекомбинации электрона и дырки в центре системы, поверхностные состояния все равно играют определеную роль. Это проявляется при непрерывном облучении системы лазерным излучением, - вместо непрерывной флуоресценции наблюдается мерцающая флуоресценция, так называемый “blinking” - быстрая смена состояний “on”-испускание света и “off”- отсутствие свечения. Сейчас мы исследуем электронные процессы в квантовых точках с помощью недавно приобретенного уникального прибора - сканирующего конфокального микроскопа".
Российские физики из ФИАНа нашли способ продления срока жизни органических светодиодов. С этой целью ученые предлагают примешивать к органической основе OLED-a долгоживущие нанокристаллы на основе халькогенидов кадмия. Эти неорганические люминесцентные точки не только избавят от работы быстро устающие органические хромофоры, но и значительно упростят технологию производства светодиода с нужным спектром излучения.
Органические светодиоды имеют несколько преимуществ по сравнению с иными светоизлучающими конструкциями. Во-первых, органическая химия весьма разнообразна, и подбор нужной длины волны излучения обусловливается лишь выбором вещества, во-вторых, для синтеза новых органических веществ не нужны сложные ростовые установки, как для лучевой эпитаксии или прецизионного осаждения. Однако не все так безоблачно. Создание долговечных органических светодиодов из-за малого срока жизни непосредственно излучающих точек - хромофоров - на сегодняшний день является проблемой. Физики из ФИАНа с помощью химиков из МГУ нашли способ устранения этого существенного недостатка.
"Мы предлагаем вместо органических хромофоров вводить неорганические люминесцентные центры - это центры на основе полупроводниковых нанокристаллов. В частности, нанокристаллы на основе халькогенидов кадмия (халькогениды - химические соединения элементов 6-ой группы - кислород, сера, селен, теллур, полоний - таблицы Менделеева с металлами, в данном случае речь идет о соединениях с кадмием - прим. Ф.И.) обладают довольно прочными связями, и потому не разрушаются во время эксплуатации. Более того, эти нанокристаллы обладают очень интересной сущностью - с изменением размеров объекта меняется и длина волны люминесценции, и для того, чтобы получить другую длину волны, достаточно лишь поменять размеры одного и того же вещества", - рассказывает один из основных исследователей свойств кадмиевых нанокристаллов, кандидат физ.-мат.наук Сергей Амброзевич.
Технология изготовления органических светодиодов с внедренными неорганическими нанокристаллами практически ничем не отличается от технологии в случае чистой органики. С разницей в одно действие - к органическому полупроводнику предварительно примешиваются полупроводниковые нанокристаллы, синтезированные в виде коллоидного раствора (в данном случае командой химиков из МГУ под руководством кандидата хим. наук Романа Васильева). Тогда получается, что проводящей частью получившегося состава является хорошо справляющаяся с этим органика, а люминесцирующей - долгоживущая неорганическая примесь. Однако для того, чтобы эта примесь люминесцировала, она должна уметь "завлекать" на свою территорию электроны и "дырки", и только после их рекомбинации выделится фотон люминесцентного излучения.
"Чтобы убедиться в том, что рекомбинация происходит, мы провели исследование подвижности носителей заряда в пленках из полупроводниковой проводящей матрицы, легированной нашими кадмиевыми квантовыми точками, в частности, селенидом кадмия с оболочкой из сульфида кадмия, и селенидом кадмия без оболочки. Каких-то специальных условий мы не создавали, все проводилось в обычных условиях. Оказалось, что структура с оболочкой захватывает заряды и поэтому может излучать, в то время как чистый селенид кадмия захватывать заряд отказался", - делится молодой исследователь из ФИАНа Сергей Амброзевич.
Дело в том, что при покрытии нанокристалла оболочкой из материала с более широкой запрещенной зоной, чем у ядра, вероятность (и эффективность) люминесценции увеличивается, так как вероятность перехода электрона и "дырки" в центр, где находится потенциальная яма, гораздо больше вероятности перехода в безизлучательные состояния на поверхности. Однако это имеет смысл, если потенциальные ямы для обоих зарядов находятся в одном месте - в центре нанокристалла, тогда им, будучи окруженными потенциальным барьером, не остается ничего, кроме как рекомбинировать. Это первый тип гетероперехода в нанокристаллах, именно он и наблюдался в случае селенида кадмия с оболочкой из сульфида кадмия. Другое дело, если потенциальная яма для электрона находится, скажем, в ядре, а для "дырки" - на поверхности. В этом случае вероятность их встречи крайне мала, а значит, мала и вероятность люминесценции. Пример тому - исследованный учеными позже кадмий-теллур/кадмий-селен. Понятно, что для продления срока жизни OLED-ов больше подходят нанокристаллы с первым типом гетероперехода.
Одной из основных областей применения OLED-технологии является создание "органических" дисплеев. Такие дисплеи обладают более привлекательными характеристиками по сравнению с плазменными и жидкокристаллическими. Это и меньшее энергопотребление, и возможность создания гибких дисплеев, и меньшие габариты и т.п., поэтому освоение методик продления срока их жизни - весьма полезное занятие. Меж тем фиановские физики, будучи все-таки приверженцами фундаментальной науки, уверены - кадмиевые квантовые точки интересны не только в составе OLED-а, но и сами по себе.
"Оказалось, - комментирует руководитель работы, профессор Алексей Витухновский, - что даже если оградить нашу квантовую точку потенциальным барьером, то есть создать условия для рекомбинации электрона и дырки в центре системы, поверхностные состояния все равно играют определеную роль. Это проявляется при непрерывном облучении системы лазерным излучением, - вместо непрерывной флуоресценции наблюдается мерцающая флуоресценция, так называемый “blinking” - быстрая смена состояний “on”-испускание света и “off”- отсутствие свечения. Сейчас мы исследуем электронные процессы в квантовых точках с помощью недавно приобретенного уникального прибора - сканирующего конфокального микроскопа".
fian-inform.ru