“零缺陷”材料,助力開發(fā)高性能LED顯示器

　　美國加州大學(xué)柏克萊分校（UC Berkeley）與羅倫斯柏克萊國家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種能為單層半導(dǎo)體修復(fù)缺陷的簡單方法。透過將材料浸潤于有機(jī)超強(qiáng)酸中，可讓透明LED顯示器所用的單層薄膜達(dá)到完美的“零缺陷”，從而大幅提高其發(fā)光效率。

　　單層半導(dǎo)體可望用于開發(fā)透明的LED顯示器、超高效太陽能電池、光電檢測器與奈米級電晶體，然而，單層薄膜通常因?yàn)闈M布缺陷而降低實(shí)際的性能。

　　柏克萊的研究人員采用化學(xué)治療法，可讓單層材料的光致發(fā)光量子效率提高100倍——光致發(fā)光量子效率用于表示材料所產(chǎn)生的發(fā)光量與所投入的能量比。發(fā)光量越高、量子效率越高，材料的品質(zhì)就越好。

　　研究人員將二硫化鉬（MoS2）材料浸潤于一種稱為亞胺（bistriflimide）或TFSI的超強(qiáng)酸中，大幅提高了量子效率，使其從不到1%增加到100%。

　　這項(xiàng)刊登在11月27日《科學(xué)》（Science）期刊的研究結(jié)果，為MoS2等單層材料在光電裝置與高性能電晶體的實(shí)際應(yīng)用開啟了大門。MoS2的厚度大約為1nm的7/10，比人類DNA鏈約2.5nm的直徑更小。

　　“傳統(tǒng)上，材料越薄，對于缺陷就越敏感，”UC Berkeley電子工程與電腦科學(xué)教授Ali Javey表示，“這項(xiàng)研究首次展現(xiàn)了完美的光電單層，它能夠在這么薄的材料中實(shí)現(xiàn)可說是前所未聞的。”

　　研究人員使用超強(qiáng)酸的原因在于——以定義來看，他們都是具有“釋放”質(zhì)子傾向的解決方案，對于其他物質(zhì)來說，他們通常是以氫原子的形式存在。研究人員表示，這種化學(xué)反應(yīng)過程稱為質(zhì)子化，其效應(yīng)是在缺陷處填補(bǔ)缺失的原子，同時(shí)移除黏在表面上的雜質(zhì)。

　　該論文的共同作者是UC Berkeley博士生Matin Amani、博士班交換學(xué)生Der-Hsien Lien以及學(xué)士后研究人員Daisuke Kiriya。

　　根據(jù)作者群表示，科學(xué)家們一直在研究單層半導(dǎo)體，因?yàn)槠涔馕招缘?，而且可承受扭轉(zhuǎn)、彎曲及其他極端形式的機(jī)械變形，使其得以實(shí)現(xiàn)在透明或軟性電子裝置中的新應(yīng)用。

　　具體而言，MoS2的特性是以范華德力（van der Waals force）鍵合分子層，這是一種在不同強(qiáng)大原子層間的原子鍵。使用如此超薄材料的更多好處在于它是高度電性可調(diào)的。對于像LED顯示器等應(yīng)用，這種特性讓裝置可以透過改變施加的電壓，以單一畫素發(fā)出多種色彩而非單色。

　　雷射光束激發(fā)以MoS2制造的單層半導(dǎo)體示意圖；圖中的紅色發(fā)光點(diǎn)即是由雷射激發(fā)的粒子

　　研究人員們并表示，LED的效率直接涉及光致發(fā)光量子效率，原則上，人們可利用這種零缺陷的“完美”光電單層材料開發(fā)透明且軟性的高性能LED顯示器。

　　這種處置方式還為電晶體帶來革命性的潛力。當(dāng)電腦晶片中的元件變得越小也越輕薄，存在的缺陷將會對性能造成重大限制。

　　Javey說：“在此所開發(fā)的零缺陷單層，除了可解決缺陷的問題以外，還可實(shí)現(xiàn)新型的低功耗開關(guān)?！?/p>