電致發(fā)光技術

電致發(fā)光(Electroluminescence)是指當電流通過某些材料時，該材料會發(fā)出光的現象。在電致發(fā)光過程中，電子和空穴從電極注入到材料中，并在材料內部結合形成激子，激子隨后會輻射性地衰變，從而發(fā)出光子。電致發(fā)光是有機發(fā)光二極管(OLEDs)等有機光電子器件的工作原理，因此提高電致發(fā)光效率對于開發(fā)高性能有機光電子器件非常重要。

電致發(fā)光研究意義

1. 提高發(fā)光效率和性能

● 例如：研究不同Al2O3和Y2O3層厚度對電致發(fā)光強度和外量子效率的影響

● 例如：優(yōu)化Al2O3-Y2O3:Er納米層結構，實現最高8.7%的外量子效率和0.12%的功率效率

2.深入理解電致發(fā)光機理

● 分析電流-電壓特性符合Poole-Frenkel導電機制，電子通過缺陷態(tài)跳躍進入導帶

● 探討熱電子直接激發(fā)稀土離子的發(fā)光機制

3.為Si基光電子器件應用提供潛在光源

● 電致發(fā)光效率優(yōu)于文獻報道的Si基發(fā)光器件

4.為光伏電池研究提供檢測手段

電致發(fā)光技術的應用

1EL測試

基于電致發(fā)光理論的測試，簡稱為EL測試。EL測試常用在光伏行業(yè)，例如在太陽能電池生產中的應用。光伏電池組件缺陷檢測是太陽能電池生產過程中的重要環(huán)節(jié)。EL測試被廣泛應用于電池片的質量檢測，通過EL測試，可以快速、準確地檢測出電池片中地裂紋、熱斑、金屬污染等缺陷，能夠有效合理控制由于工藝參數設置不當或人為因素所引起的組件不良問題。

EL測試技術因其操作簡單、成本較低、可重復性好，并且檢測速度快等優(yōu)點，成為目前光伏行業(yè)常用的缺陷檢測技術之一。

2顯示器應用

電致發(fā)光器件可用于制造顯示屏，如有機發(fā)光二極管(OLED)顯示屏。這種器件具有高亮度、高對比度和寬視角等優(yōu)點，廣泛應用于智能手機、平板電腦和電視等顯示設備。

3照明應用

電致發(fā)光器件也可用于照明，如白光發(fā)光二極管(LED)。通過調控發(fā)光材料和器件結構，可實現高效、高亮度的白光發(fā)射，在通用照明領域具有廣闊的應用前景。

4新型發(fā)光應用

電致發(fā)光器件還可用于實現特殊的發(fā)光特性，如深藍色發(fā)光。通過優(yōu)化器件結構和材料，可獲得窄帶寬、高純度的深藍色發(fā)光，為新型顯示和照明技術提供可能。

電致發(fā)光測試內容

1. 發(fā)光強度（EL intensity）和注入電流的關系

2. 注入電流和施加電壓的關系（I-V特性）

3. 電流注入機理，如遵循Poole-Frenkel（P-F）機制

4. 外量子效率（EQE）和功率效率（PE）

5. 發(fā)光層厚度對發(fā)光性能的影響

電致發(fā)光測試方案

Tektronix吉時利作為小信號領域的測試專家，提供豐富的產品助力電致發(fā)光器件的研究。

其中I-V特性可以使用SMU源表進行測量。SMU源表系列從2400到2600系列具有高精度10nV電壓 0.1fA 電流測試，具備分析儀、曲線追蹤儀和I-V系統(tǒng)功能，成本更低。它提供高度靈活的4象限電壓和電流源/載荷，以及精密的電壓和電流儀器。這個一體化儀器可以用作: 精密電源，具有電壓和電流回讀功能；真正電流源； 數字多用表、測量直流電壓、電流、電阻和功率，分辨率6?數位； 精密電子載荷；觸發(fā)控制器。

其中電場的注入可以選擇Keithley 6517B。Keithley 6517B靜電計/高阻表是全球科研實驗室靈敏測量的標準。6517B把吉時利數十年的弱電測量技術知識融匯到創(chuàng)新的低電流輸入放大器中，輸入偏置電流 <3fA，噪聲僅0.75fA p-p，最低電流范圍上壓降 <20μV。對近似理想的電路負荷，電壓電路輸入阻抗超過200TΩ。這些指標保證了所需的準確度和靈敏度，可以在物理、光學、納米科技和材料科學等領域準確地進行低電流和高阻抗電壓、電阻和電荷測量。內置±1kV電壓源擁有掃描功能，簡化了絕緣材料上的漏流、擊穿和電阻測試及體電阻率 (W-cm) 和表面電阻率(W/square) 測量工作。

熱門應用案例

案例一

利用原子層沉積法在Y2O3包層中增強非晶態(tài)摻铞Al2O3納米醇酸酯薄膜的電致發(fā)光[1]

該論文介紹了使用原子層沉積(ALD)在硅基底上制備和表征了非晶Al2O3-Y2O3:Er 納米層膜。在Er摻雜的Al2O3層周圍引入Y2O3包覆層可以提高基于這些納米薄膜的金屬-氧化物-半導體發(fā)光二極管(MOSLEDs)的電致發(fā)光(EL)性能。0.2nm的Y2O3包覆層將外量子效率從約3%提高到8.7%，功率效率提高近一個數量級至0.12%。EL歸因于熱電子對Er3+離子的沖擊激發(fā),這源自Al2O3-Y2O3基質中的Poole-Frenkel導電機制。經800°C退火后，非晶納米層膜仍保持非晶結構,這有利于來自稀土摻雜Al2O3薄膜的EL性能。

本文使用Keithly 2410源表測量IV特性，使用Keithley 2410萬用表和InGaAs連接，測試EL信號。

案例二

縮小準二維鈣鈦礦的相分布，實現穩(wěn)定的深藍電致發(fā)光[2]

該文件討論了合成具有窄相分布的準二維鈣鈦礦,這對于實現穩(wěn)定的深藍色電致發(fā)光至關重要。溶液加工的準二維鈣鈦礦通常表現出量子阱寬度分布較廣，導致電荷匯聚到最小帶隙組分，從而阻礙了深藍色發(fā)射。作者報告了一種合成策略，通過調節(jié)薄膜形成動力學，顯著縮小了量子阱的分散性。這是通過控制溶劑和反溶劑的同步蒸發(fā)實現的。蒸發(fā)控制的鈣鈦礦薄膜表現出最窄的相分布，峰值發(fā)射波長為466nm，線寬僅14nm。使用該鈣鈦礦薄膜制備的發(fā)光二極管在外量子效率為 0.1%時，最大亮度達到280cd m-2。這種合成方法可應用于各種準二維鈣鈦礦體系，有助于生產新材料，從而擴大下一代顯示器的色域。

本文使用Keithley 2400源表測試最大亮度和最大EQE下的驅動電壓，以此來評估電致發(fā)光器件性能

案例三

不同供電子能力的取代基對雙極硫雜蒽酮衍生物光電性能的影響[3]

本文總結了四種含有不同電子供體基團的硫雜蔥衍生物的合成和光電性質,包括苯并噁嗪、3,6-二叔丁基咔唑、3,7-二叔丁基苯并噻嗪和2,7-二叔丁基-9,9-二甲基蒽醌。這些化合物形成玻璃態(tài),玻璃化轉變溫度高達116°C。電離勢在5.42到5.74 eV之間。具有弱電子供體(咔唑、蒽醌)的化合物表現出雙極性載流子傳輸,而其他化合物表現出空穴傳輸性質。具有苯并噁嗪或蒽醌供體的化合物表現出高效的熱激發(fā)延遲熒光,熒光量子產率高達50%。使用這些化合物制備的有機發(fā)光二極管可發(fā)出藍色、天藍色、綠色或黃色電致發(fā)光,外量子效率在0.9%到10.3%之間。

其中使用了Keithley 2400源表來確定電致發(fā)光和電流密度-電壓特性。使用Keithley 6517B靜電計向樣品施加各種正和負外部電壓（U），以檢查不同電場下各層中的空穴和電子傳輸。Tektronix的TDS 3032C示波器用于記錄空穴或電子的光電流瞬態(tài)。

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