Деградацию синих квантовых точек рассмотрели под сверхмощным микроскопом
LED-экраны сегодня окружают нас повсеместно — от телевизоров и VR-шлемов до телефонов и осветительных приборов. За их недолгую историю уже неоднократно сменилась технология изготовления светоизлучающих элементов — каждый раз со значительным улучшением параметров. Сначала это были просто светодиоды, только очень маленькие, потом — органические светодиоды, нынешний этап — квантовые точки.
Квантово-точечные светодиоды (QD‑LED) уже потихоньку начали завоевывать рынок, но широкому их внедрению очень мешает ограниченный ресурс: они быстро выгорают, особенно синие. Почему так происходит — выяснили в Массачусетском технологическом институте (MIT). Результаты исследования опубликованы в Science Advances.
«Синие квантово-точечные светодиоды в 50–100 раз менее стабильны, чем красные и зеленые. Если использовать их в дисплее — хорошо, если его хватит на несколько месяцев. Мы хотели понять, в чем особенность синих QD‑LED», — говорит аспирант MIT Руици (Рики) Чжан, ведущий автор исследования.
Чтобы разобраться в причинах, разработали метод нарезки крошечного QD‑LED на нанотонкие слои. Полученные срезы исследовали под электронным микроскопом в центре MIT.nano. Сравнили новые красные и синие квантовые точки с теми, которым пришлось изрядно потрудиться в форсированном режиме.
Выяснилось, что при работе синих QD‑LED уменьшается толщина составляющих их слоев вплоть до слияния квантовых точек; процессу этому способствует выделение атомарных кислорода и водорода.
«Пока неизвестно, откуда именно берутся эти лишние элементы — возможных источников масса, — признает Чжан. — Но мы точно знаем, что их присутствие в устройстве нежелательно».
«Впервые мы получили детальное представление о том, что происходит внутри этих многослойных гибридных структур, из которых состоит QD‑LED. Раньше этого никто не знал», — подчеркивает профессор Владимир Булович, директор MIT.nano, руководивший исследованием.
Чтобы предотвратить деградацию, покрыли QD‑LED акрилатной смолой. Этот экономичный и технологичный метод инкапсуляции позволил увеличить срок службы красных QD‑LED в 50 раз, а синих — более чем в 5000 раз.
Исследователи полагают, что смола предотвращает образование влаги в газовой среде, окружающей квантовые точки. Вероятно, именно влага и вызывает деградацию светодиода.
Окончательной победой, впрочем, они свои достижения назвать пока не готовы. Эксперименты показали, что и со смолой морфология слоев в светодиоде продолжает ухудшаться. Решению этой проблемы будет посвящена дальнейшая работа.
«Новая версия квантово-точечных светодиодов превзойдет все, что существует сегодня — она проще в производстве, эффективнее и надежнее. Это открывает широкие перспективы — не только для дисплеев и освещения, но и для создания датчиков, лазеров и многого другого», — заключил Булович.
