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».
Источник: ФИАН информ