近日，中山大學電子與信息工程學院（微電子學院）劉川教授、劉佰全副教授團隊，在發光二極管（LED）領域取得重要進展。他們通過核/殼型膠體量子阱技術，精準調控激子動力學，有效減少了激子復合缺陷、平衡了電荷注入、抑制了膠體量子阱之間的能量轉移。這一創新方法不僅顯著提升了LED器件的效率，還成功將其與薄膜晶體管和電路板進行集成，實現了有源尋址，即“流水線”效果的顯示。
膠體量子阱LED作為一種新型納米晶LED，以其高色純度、窄半高寬的電致發光性能和可溶液加工等優勢，在顯示領域具有應用潛力。團隊通過深入探究不同殼層厚度的核/殼異質膠體量子阱對激子動力學的影響，揭示了激子產生與膠體量子阱殼層厚度之間的強依賴性。研究發現，在一定厚度范圍內增加殼層厚度，可以顯著提高輻射復合效率并降低俄歇復合，從而大幅提升膠體量子阱LED器件的整體性能。進而實現了高效率、高亮度和超低效率滾降的高性能。其外量子效率高達13.43%，電流效率達到9.20 cd/A，功率效率為6.04 lm/W。這些指標在二維納米晶LED紅光波段（600-700nm）中均為目前報道的最高水平。此外，該器件在亮度從1000 cd/m2提升至10000 cd/m2的過程中，外量子效率僅從13.15%略微下降至12%，為目前已報道的膠體量子阱LED中最佳表現。
不同殼層厚度CdSe/CdZnS核/殼膠體量子阱LED器件結構和能帶圖
通過與PEN柔性襯底結合，進一步實現柔性膠體量子阱LED，其外量子效率比之前報道的最佳柔性膠體量子阱LED提高了40倍。研究團隊進一步利用大電流TFT驅動電路，成功實現了單個或多個膠體量子阱LED的選通控制，實現了實現了有源尋址、即“流水線”效果的顯示。這一成果不僅為膠體量子阱LED的進一步研究和應用開辟了新的道路，也為未來顯示和照明技術的發展提供了新的思路和策略。
CQW-LED柔性應用和集成選通電路圖
該研究成果已在國際知名學術期刊《Applied Physics Reviews》上發表，論文題目為“Exciton control enables high-performance colloidal quantum well light-emitting diodes”，并被選為亮點文章（Featured Article）（doi.org/10.1063/5.0206176）。
該論文第一單位為中山大學電子與信息工程學院（微電子學院），中山大學博士生胡素娟、東南大學博士生項文斌、中山大學劉佰全副教授為論文共同第一作者，中山大學劉佰全副教授、劉川教授等為論文共同通訊作者，其余合作者分別來自東南大學、新加坡南洋理工大學、華南理工大學、香港科技大學。該研究工作得到了國家自然科學基金（62104265）和廣東省科技計劃（2022A0505020022、2021A0505110009）等項目資助。
來源：中山大學電子與信息工程學院
