红外量子点光子晶体光发射二极管研究

量子点体现了对电子能级的控制,光子晶体体现了对光子能带的控制,两者是目前处于国际研究前沿的人工材料, 我们将两者有机结合,同时控制电子和光子,研究一种新颖的量子点/有机物复合结构的红外量子点光子晶体光发射二极管。本项目研究具有优良发光性能的硫化物红外量子点，并通过对红外量子点与有机物复合条件的改变，调节载流子迁移率，优化电场在各层之间的分配，探索提高发光效率的理论依据和途径，且在器件研究的基础上进一步探讨量子点的发光特性和激发机制等基本理论问题。同时研究利用光子晶体的机制提升器件的效率，并探索多重反射情况，非辐射复合效应与利用光子晶体共振腔提升自发辐射的Purcell 效应等基本物理问题。本项目方案具有很强的灵活性和可扩展性，探索红外发光二极管的另一种可能实现方式，原则上通过精心设计光子晶体和不同的量子点材料可实现更多波段的红外输出，因此，本项目的研究具有学术价值和实用意义。

本项目将量子点与光子晶体结合，以便实现同时控制电子和光子，为研制新颖的红外光发射二极管提供新的可能。首先制备了具有红外光发射的ZnS:Er量子点，ZnS:Er量子点具有红外宽谱发射，利用成核掺杂方法制备了Er2S3/ZnS核壳结构量子点，获得了对应Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁1537nm 处红外光发射。反应温度的提高有利于Er3+离子从Er2S3核中扩散到外部ZnS层，增强发光强度。通过与传统共沉淀方法相对比，发光性能提高。用共沉淀法制得了Ho3+，Pr3+，Er3+，Yb3+和Nd3+稀土离子掺杂AgCl纳米晶，得到了这些稀土离子的特征吸收跃迁和特征红外发射。此外，采用LSS法制备一系列不同S/Pb比的PbS量子点材料，探讨了前驱物比例变化、反应时间、无机壳层对PbS量子点的粒径以及红外发光光谱的影响。应用密度泛函理论对 ZnS及其替代式掺杂Er3+离子后的超晶胞、面心结构的PbS进行了模拟计算，纯ZnS，PbS为直接带隙半导体，Er3+离子掺杂之后的体系能带变窄，导致吸收光谱红移，而且Er3+离子的4f态形成了一个新的独立能带，并计算出各体系的吸收谱，反射谱以及损耗函数谱。研究了ZnS量子点EL器件。改变电压器件从黄绿光向蓝光的移动，由电压对不同缺陷能级的选择性激发过程决定；对于不同Zn/S比例的量子点，PL光谱和EL光谱呈现相反的移动趋势，认为是“扩展缺陷带”导致。此外，制备了ZnO量子点/SiO2复合材料EL器件，SiO2在器件中不但起到平衡载流子的作用，而且其对ZnO量子点的尺寸及缺陷的影响共同起到对EL光谱的调控作用。开展了将ZnS/SiO2量子点和有机材料复合发光器件的工作机制研究，该器件有效的增加了高能态缺陷能级俘获电子的几率，提升了高能波段的发光效率，器件趋于白光发射。制备了单层PbS量子点及MEH-PPV/PbS复合电致发光器件，在MEH-PPV/PbS复合器件中，MEH-PPV作为空穴传输材料，使得空穴与电子的复合区域移动到PbS量子点层，并提高了器件的发光效率。制备了Ndq3多层结构红外电致发光器件，优化载流子的注入平衡，实现器件在905、1064、1340nm处光发射。将光子晶体结构引入器件发光层，模拟具有三角，四角和六角晶格的圆形或方形介质柱/空气孔的光子晶体的能带图，获得光子晶体结构参数对完全带隙的影响规律，结果显示以空气

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