一种可调波长的电致发光器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电器件技术领域，涉及一种可调波长的电致发光器件及其制备方法。包括器件衬底，其特征在于，器件衬底上为一体化的多组分材料，一体化的多组分材料两端设有电极；一体化的多组分材料的每段组分材料按需选择并联场效应器件；一体化的多组分材料是指材料组分能被合金化设计或者掺杂以实现不同位段的材料对应不同光学带隙，所述光学带隙直接决定某段多组分材料的发光波长。本发明专利技术的栅极对器件电致辐射波长的有效调制意味着仅需要提供调制电压而不需要调制电流，这种控制方式更加灵活节能，且易于编码转换，拓宽与各类电子器件的集成；可应用于光电信号转换与编码、信号显示、片上多波段发光器件一体化，光电器件的互联等光电器件领域。互联等光电器件领域。互联等光电器件领域。

【技术实现步骤摘要】
一种可调波长的电致发光器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电器件
，涉及一种可调波长的电致发光器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]电致发光器件是光电器件非常重要的组件和研究方向，不仅在于光源制备以及电致荧光的信号转变对工业、军事和科学的重要程度，包括固态照明、平板显示、信号器件、信号编码及转换、全彩信号图像呈现等，而且在一体化的片上光电集成领域更加重要。在电致发光器件领域，传统的二极管发光器件采用P
‑
N结，在正偏压的作用下由P区和N区分别注入空穴和电子，载流子空间相遇而复合产生辐射荧光；场效应管发光器件的电致荧光来源于材料体内电场中高能单极性载流子与价电子碰撞产生激子的荧光辐射；两种器件的辐射波长在器件制备好之后就被固定住，这是因为光学带隙是一个由材料晶体结构决定的物理参数而很难被外界电信号有效调节。为实现色彩和波长信号可调，传统方法需单独制备多种光学三原色荧光器件进行荧光混色或使用不同成分的荧光粉作为波长转换材料，导致制备工艺繁琐、难以高度集成化、难以将发光波长和通路信号对应等瓶颈问题；直到目前，发光波长电致可调器件并未很好实现。
[0003]混合卤素钙钛矿纳米线作为一维半导体材料的代表，具有独特而优良的电、光和热学特性，具有吸收系数高、光学带隙通过组分和掺杂易于调节、迁移率高、载流子扩散长度长、缺陷容忍度高等优异光电特性，基于其制备的太阳能电池几乎是未来商用叠层高效太阳能电池的不二之选[P.M.David et al.,Science6269(2016)151]；而其光发射二极管在外量子效率方面的发展也十分迅速，在仅仅几年的时间里，多家研究机构报道的绿色、红色和近红外发光二极管的外量子效率从5％提升到20％以上[M.Karlsson et al.,Nature Communications 12(2021)361]，理论报道其一维纳米线更有利于载流子高效复合而对应特定激子荧光效率可接近100％[D.Z.Zhang et al.,Light:Science&Applications 11(2022)69]。钙钛矿薄膜和纳米线材料制备简单，钙钛矿材料中广泛存在的缺陷可通过靶向修饰而被钝化，结构清晰的单晶钙钛矿纳米线具有很高的光致发光量子产率并可通过组分合金化的调节实现光致荧光波段对可见光到近红外的覆盖，发出高色纯度光，有望应用于开发低成本、高色纯度的下一代显示器[Y.P.Fu et al.,Nature Reviews Materials 4(2019)169]。在全无机钙钛矿纳米线材料应用方面，近年来研究报道使用CsPbX3(X＝Cl,Br,I)钙钛矿纳米线已成功制备各种光电器件[J.Chen et al.,Nano Letters 17(2017)460]，其可生长在可弯曲衬底上以制备柔性图案化的荧光显示器件，在人机交互、智能服装和以编织物为基底的机械耐久性强的柔性发光器件领域被认为具有巨大应用前景[Z.J.Li et al.,Advanced Materials34(2022)2203529]。目前国际上大多数研究肯定了钙钛矿发光二极管的高稳定性和高荧光辐射效率(22.8％)，在辐射亮度为2.1W sr
‑1m
‑2下，器件工作寿命大概为32675h(3.7年)；在更低辐射亮度(0.21Wsr
‑1m
‑2)下，寿命预期可达2.4x10
6 h(约270年)[B.B.Guo et al.,Nature Photonics 16(2022)637]。综上所述，电子空穴复合发光
或者高能载流子碰撞产生的激子辐射可展现明亮辐射，缺点在于目前的电致荧光辐射信号或波长无法在一个器件上通过电信号被有效调节。目前的绝大多数光发射器件中，发光波长/信号均由发光材料决定；对于现有的绝大多数电致发光器件而言，一旦器件制备完成，其发光波长是固定而无法调变的。为了改变这个不利现状，近期围绕二维原子薄层材料，清华大学和美国耶鲁大学研究人员首次开发出电致荧光光谱可调变的新型石墨烯发光器件，据介绍这一新型器件的电致发光波长(在单一器件内)可以在450纳米至750纳米之间连续可调，作者研究称突破了现有显示器件的颜色合成方式，有望对当代显示和照明和通讯技术产生革命性影响[X.M.Wang et al.,Nature Communications6(2015)7767]，审稿人评价该研究：“这一波长可调的发光器件有望在发光器件领域拓展新的研究方向和这项工作令人激动人心且具有影响力”；但这一进展巧妙利用氧化石墨烯和还原石墨烯在界面处的半还原态材料对应的特定费米跃迁性质，因而对大部分合金或者掺杂半导体不具备推广移植性。电致辐射波长有效可调的发光器件制备方法的缺乏，也就是无法在一个器件上通过电信号对辐射波长进行大范围调变这一现状，抑制了其在多波段发光器件一体化集成、光电信号转换与编码、信号显示、和片上光电器件互联等光电器件领域的应用，因而实现电致发光波长在多波段范围随电压信号可调控很有必要。
[0004]因此，如何实现电致辐射波长高效可调的发光器件，将可调发光波长电致荧光器件的制备可行性与多组分合金或掺杂建立必然联系，实现在一个器件上通过电信号对辐射波长在宽光谱内进行有效调变，对多波段发光器件一体化集成和片上光电器件互联等光电器件领域的应用具有极为重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对电致辐射波长可调的发光器件的制备，本专利技术提供一种基于混合卤素钙钛矿纳米线的可调波长电致发光器件及其制备方法，获得一种电致辐射光谱/波长在一个器件中可选择性调变的发光器件，涉及一种通过选择性调节栅电压编码信号实现电子空穴或者单极性载流子在器件中选择性输运(选择性激活特定荧光辐射有源区)进而实现发光波长/信号电致可调的器件制备方法(器件辐射波长随栅电极编码可调)，可应用于特定波长信号显示或者片上电信号导致波长可调的光电转换核心部件。
[0006]本专利技术的技术方案如下
[0007]一种可调波长电致发光器件，包括器件衬底，器件衬底上为一体化的多组分材料，一体化的多组分材料两端设有电极；一体化的多组分材料的每段组分材料按需选择并联场效应器件；所述器件衬底仅作为力学支撑材料；
[0008]一体化的多组分材料是指材料组分能被合金化设计或者掺杂以实现不同位段的材料对应不同光学带隙，所述光学带隙直接决定某段多组分材料的发光波长；整个电致发光器件由多个发光段组成，通过改变场效应器件的栅电压信号对并联支路导通开关态进行调变，来实现特定有源区选择性发光，最终器件的发光波长由不同组分段数量，器件两端电压，并联场效应器件的位置及其电压共同决定，通过选择性调节场效应器件的栅电压编码信号(实现选择性)激活特定荧光有源区以实现波长可调的电致发光(器件辐射出与栅电极编码对应的光谱)。
[0009]所述光学带隙直接决定某段材料的发光波长，整个电致发光器件由多个发光段组
成，每个发光段可对应并联一个顶栅场效应半导体器件，并通过栅电压开关态实现对应材料段是否电致发光，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调波长的电致发光器件，包括器件衬底，其特征在于，器件衬底上为一体化的多组分材料，一体化的多组分材料两端设有电极；一体化的多组分材料的每段组分材料按需选择并联场效应器件；所述器件衬底仅作为力学支撑材料；一体化的多组分材料是指材料组分能被合金化设计或者掺杂以实现不同位段的材料对应不同光学带隙，所述光学带隙直接决定某段多组分材料的发光波长；整个电致发光器件由多个发光段组成，通过改变场效应器件的栅电压信号对并联支路导通开关态进行调变，来实现特定有源区选择性发光；最终器件的发光波长由不同组分段数量，器件两端电压，并联场效应器件的位置及其电压共同决定，通过选择性调节场效应器件的栅电压编码信号(实现选择性)激活特定荧光辐射有源区以实现波长可调的电致发光(器件辐射波长随栅电极编码可调)。2.如权利要求1所述的可调波长的多波段电致发光器件，其特征在于，所述多组分材料为基于钙钛矿的半导体纳米线光电材料。3.如权利要求2所述的可调波长的多波段电致发光器件，其特征在于，所述钙钛矿半导体纳米线的两端设有电极，电极是铝，银或者铟锡透明氧化物组成的对称或者非对称接触形式。4.如权利要求1所述的可调波长的多波段电致发光器件，其特征在于，所述的发光段对应的器件沟道长度并不限制。5.如权利要求1所述的可调波长的多波段电致发光器件，其特征在于，通过调节并联场效应器件在开关态之间切换，将调制电子空穴或者单极性载流子在整个器件中的通路，使整个器件电致荧光辐射的波形和峰位能被有效调节。6.如权利要求1所述的可调波长的多波段电致发光器件，其特征在于，所述的多组分材料采用钙钛矿纳米线材料，钙钛矿纳米线材料是采用固相离子交换的方法获得；通过调节元素组分比例，不同位段的材料电致发光波长能相继涵盖300纳米到700纳米波段。7.一种可调波长的多波段电致发光器件的制备方法，其特征在于，步骤为：1)纳米线材料的一体化生长，要求在不同的材料区域进行不同掺杂或者不...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁爽，谭聪慧，杨一鸣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：