電致發(fā)光技術(shù)

電致發(fā)光(Electroluminescence)是指當(dāng)電流通過某些材料時，該材料會發(fā)出光的現(xiàn)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(nèi)部結(jié)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(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(dǎo)電機制，電子通過缺陷態(tài)跳躍進(jìn)入導(dǎo)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(yīng)用提供潛在光源

● 電致發(fā)光效率優(yōu)于文獻(xiàn)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(shù)的應(yīng)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(chǎn)中的應(yīng)用。光伏電池組件缺陷檢測是太陽能電池生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。EL測試被廣泛應(yīng)用于電池片的質(zhì)量檢測，通過EL測試，可以快速、準(zhǔn)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(shù)設(shè)置不當(dāng)或人為因素所引起的組件不良問題。

EL測試技術(shù)因其操作簡單、成本較低、可重復(fù)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(shù)之一。

2顯示器應(yīng)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(yīng)用于智能手機、平板電腦和電視等顯示設(shè)備。

3照明應(yīng)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(diào)控發(fā)光材料和器件結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)高效、高亮度的白光發(fā)射，在通用照明領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

4新型發(fā)光應(yīng)用

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

電致發(fā)光測試內(nèi)容

1. 發(fā)光強度（EL intensity）和注入電流的關(guān)系

2. 注入電流和施加電壓的關(guān)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(lǐng)域的測試專家，提供豐富的產(chǎn)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(jìn)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(shù)字多用表、測量直流電壓、電流、電阻和功率，分辨率6?數(shù)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(biāo)準(zhǔn)。6517B把吉時利數(shù)十年的弱電測量技術(shù)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(fù)荷，電壓電路輸入阻抗超過200TΩ。這些指標(biāo)保證了所需的準(zhǔn)確度和靈敏度，可以在物理、光學(xué)、納米科技和材料科學(xué)等領(lǐng)域準(zhǔn)確地進(jìn)行低電流和高阻抗電壓、電阻和電荷測量。內(nèi)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(yīng)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(dǎo)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(shù)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(zhì)中的Poole-Frenkel導(dǎo)電機制。經(jīng)800°C退火后，非晶納米層膜仍保持非晶結(jié)構(gòu),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(zhǔn)二維鈣鈦礦的相分布，實現(xiàn)穩(wěn)定的深藍(lán)電致發(fā)光[2]

該文件討論了合成具有窄相分布的準(zhǔn)二維鈣鈦礦,這對于實現(xiàn)穩(wěn)定的深藍(lán)色電致發(fā)光至關(guān)重要。溶液加工的準(zhǔn)二維鈣鈦礦通常表現(xiàn)出量子阱寬度分布較廣，導(dǎo)致電荷匯聚到最小帶隙組分，從而阻礙了深藍(lán)色發(fā)射。作者報告了一種合成策略，通過調(diào)節(jié)薄膜形成動力學(xué)，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(xiàn)的。蒸發(fā)控制的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)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(dá)到280cd m-2。這種合成方法可應(yīng)用于各種準(zhǔn)二維鈣鈦礦體系，有助于生產(chǎn)新材料，從而擴(kuò)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(qū)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(jié)了四種含有不同電子供體基團(tuán)的硫雜蔥衍生物的合成和光電性質(zhì),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(zhuǎn)變溫度高達(dá)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(xiàn)出雙極性載流子傳輸,而其他化合物表現(xiàn)出空穴傳輸性質(zhì)。具有苯并噁嗪或蒽醌供體的化合物表現(xiàn)出高效的熱激發(fā)延遲熒光,熒光量子產(chǎn)率高達(dá)50%。使用這些化合物制備的有機發(fā)光二極管可發(fā)出藍(lán)色、天藍(lán)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(fù)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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