Bløde halvledere kan indskyde den næste generation af HD-skærme med nanometerpixel

6 Chemical Reactions That Changed History (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ny klasse af bløde halvledere kan transformere HD-skærme

Af Jean-Jacques DeLisle, bidragende forfatter

For at indlede den næste generation af high-definition displayteknologi har et forskningsteam fra Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) udviklet ny lysemitterende nanoteknologi, der er bygget af bløde halvledere. Fra en enkelt nanowire kunne holdet udvikle røde, grønne, blå (RGB) lysemittere og nanotråder ned til 500 nanometer. For at give en sammenligning kan Apples flagskibsnethinde skærme nå op på omkring 400 pixels pr. Tommer, ved ca. 60 mikrometer pr pixel. Berkeley Lab-forskere var i stand til at lave lysemittere, der kunne nå op på ca. 50.000 pixel pr. Tomme, over to størrelser større.

I denne størrelse kunne denne nye teknologi konkurrere med den nyeste quantum dot-teknologi, som stadig bruger standard halvleder nanokrystaller, der udsender lys. Selvom forskningsdemonstrationen fokuserede på lysemission, kan den "bløde" halvleder nanowire heterojunction device-teknologi være nyttig til mere end blot vise applikationer og kunne være en vigtig aktør i fremtidens solceller, solid state-belysning, flerfarvede LED-lasere og andre skærings- kantoptoelektroniske applikationer. Desuden kan denne samme teknologi også være levedygtig i dioder med høj densitet og transistorarrayer, der åbner dørene for mange ud over avancerede applikationer.

Denne grafik sammenligner farvegenerering fra en cesiumpropbromid (CsPbBr 3 ) -cesium blychlorid (CsPbCl 3 ) heterojunktionshalvleder (Top Panel) under UV-excitation og cesium-leadiodid (CsPbI 3 ) -cesium-blybromid-cæsiumchlorid ( Bundpanel) rød, blå og grøn konfiguration under UV-excitation. Kredit: Letian Dou / Berkeley Lab og Connor G. Bischak / UC Berkeley.

Rygraden i denne nye teknologi er brugen af ​​halogen perovskite nanowire heterojunktioner, der består af en gitterstruktur af ioniske snarere end kovalente bindinger som traditionelle halvledere. Dubbede "bløde" halvledere, ioniske bindinger manipuleres lettere end "hårdere" kovalente bindinger.

I rapporten, der blev offentliggjort på pnas.org, sagde Peidong Yang, seniorfaglig forsker ved Berkeley Labs Materials Sciences Division, "Med uorganisk halide perovskite kan vi nemt bytte anionerne i ionbindingerne, samtidig med at materialernes enkeltkrystallinske natur opretholdes. Dette giver os mulighed for nemt at omkonfigurere strukturen og sammensætningen af ​​materialet. Derfor betragtes halide perovskitter som halvleder i bløde gitter. Kovalente bindinger er derimod forholdsvis robuste og kræver mere energi at ændre sig. Vores undersøgelse viste dybest set, at vi stort set kan ændre sammensætningen af ​​ethvert segment af denne bløde halvleder. "

Det betyder, at forskere var i stand til at anvende nanofabrikationsteknikker med anionbytterkemi til at bytte halogenidionerne af cæsium-leadhalogenid perovskit til enten cæsiumbromid eller cæsiumchlorid, hvilket ændrer farveemissionen. Den særlige kemiske blødgørelse, der kræves for at bytte anionerne, kan også udføres ved standard laboratorietemperatur og kræver ikke den præcise højtryksvarme-termisk kontrol og vakuummiljø, som anden halvlederbehandling kræver.

"Det er en simpel proces, og det er meget nemt at skalere op, " sagde Yang. "Du behøver ikke bruge lange timer i et rent rum, og du behøver ikke høje temperaturer."

Vigtige aspekter ved denne opdagelse er, at forskerne hævder, at de er i stand til at "tune" materialerne gennem hele det synlige lysspektrum og måske vigtigst af alt, at behandlingen af ​​denne teknologi kan være meget enklere end med standardkolloidale halvledere. Dette kunne betyde, at disse bløde halvledere kunne fremstilles med sammenligneligt højere udbytter med mindre behandlingstrin, hvilket kunne medføre lavere omkostninger og mindre affald.

"For konventionelle halvledere er fremstilling af krydset ret kompliceret og dyrt, " sagde postdoktor i Yangs lab og studie, medforfatter forfatter Letian Dou i rapporten. "Høje temperaturer og vakuumbetingelser er normalt involveret til at kontrollere materialernes vækst og doping. Præcis at kontrollere materialesammensætningen og egenskaben er også udfordrende, fordi konventionelle halvledere er hårde på grund af stærk kovalent binding. "

Selv om materialet stadig kræver meget udvikling, som omfatter forbedret opløsning og integration / karakterisering som komponenter i elektriske kredsløb, viser materialet tidligt løfte. Denne metode konkurrerer også imod mange højt publicerede, forskede og etablerede teknologier. Hvis materialet endda kan tilbyde sammenlignelig visning, diode og transistor ydeevne end nuværende teknologier, men giver højere udbytte og lavere procesomkostninger, kan bløde halvledere med halogenid perovskite heterojunktioner finde vej i fremtidige smartphones, smartwatches, augmented reality og virtual reality display teknologi sammen med mange andre belysning og elektroniske applikationer.