全新激光钝化方法提高了前沿LED的效率

2019-04-16 11:41

据外媒报道，来自美国海军研究实验室（简称NRL）的科学家们发现了一种新方法来钝化下一代单层光学材料缺陷，以提高光学质量，并实现单层LED和其他光学元件的小型化。

NRL的科学家开发的这种激光加工技术，可极大地改善单层二硫化钼（MoS2）的光学性质，而二硫化钼也是一种具有高空间分辨率的直接间隙半导体；这种工艺可将激光束写入区域的材料的光发射效率提高200倍。所产生的钝化层在空气和真空中是稳定的。

此次研究人员之一的Saujan Sivaram表示：“从化学角度来看，我们发现了一种使用激光和水分子的全新光催化反应；从一般的角度来看，这项工作可以将高质量、具备光学活性的原子级薄材料集成到各种应用中，如电子、电催化剂、存储器和量子计算应用等。”

Sivaram指出，由于其高光吸收和直接带隙等特性，原子级薄的过渡性金属双硫属化合物（TMD），如二硫化钼（MoS2）等，对于柔性器件、太阳能电池和光电传感器等而言用处极大。他表示：“对于那些重量和柔性等非常重要的应用而言，这些半导体材料尤其具有优势。不幸的是，它们的光学性质通常是极其易变和不均匀的，因此改善和控制这些TMD材料的光学性质以实现可靠的高效器件变得非常重要。缺陷往往会破坏这些单层半导体的发光能力。这些缺陷是非辐射状态，产生的是热量而不是光，因此，去除或钝化这些缺陷是朝着高效光电器件迈出的重要一步。”

在一个传统的LED中，大约90%都是用来改善冷却效果的散热器。缺陷减少之后，尺寸更小的设备将消耗更少功率，从而使分布式传感器和低功率电子设备的使用寿命更长。

通过水分子钝化

研究人员证明，仅在暴露于能量高于TMD带隙的激光下时，水分子才能使MoS2钝化。产生的结果是光致发光增加而没有光谱偏移。与为经过水分子钝化处理的区域相比，经过处理的区域保持了强烈的光发射。这也说明了环境气体分子和MoS2之间的化学反应是由激光导致的。