Гибкие светоизлучающие устройства на основе массивов нитевидных нанокристаллов GaP/GaPAs, инкапсулированных в полимерную матрицу.

Гибкие светоизлучающие структуры являются новой платформой для создания современных устройств, включая дисплеи и медицинское оборудование. На сегодняшний день наиболее развитая гибкая технология основана на органических материалах. Органические светоизлучающие диоды (OLED) характеризуются эффективной электролюминесценцией (ЭЛ) и благодаря масштабируемой технологии синтеза находят широкое применение. Однако органические устройства уступают неорганическим полупроводниковым материалам на основе А3В5 в механической и химической стабильности и внешней квантовой эффективности электролюминесценции в оптическом диапазоне, особенно в синей и красной областях видимого спектра. Данное исследование посвящено поиску методов создания и изучению гибких светоизлучающих структур на основе неорганических соединений А3В5. Технология тонких пленок, доминирующая в неорганической оптоэлектронике, сталкивается со значительными трудностями в гибком полноцветном применении из-за необходимости сочетания очень различных кристаллических материалов и передовой пост-ростовой обработки. Альтернатива тонким пленкам представлена структурами на основе нитевидных нанокристаллов (ННК), то есть, полупроводниковых кристаллов с высоким аспектным соотношением высоты к диаметру поперечного сечения. Массив вертикальных светоизлучающих ННК может работать независимо от ростовых подложек, в то время как небольшая площадь контакта ННК с подложкой позволяет легко их отделить. Светодиодные массивы ННК, инкапсулированные в гибкую матрицу (например, силиконовый эластомер, чаще всего полидиметилсилоксан (ПДМС)), продемонстрировали значимую гибкость устройства и совместимы с различными гибкими прозрачными контактными материалами, такими как одностенные углеродные нанотрубки (УНТ), полупрозрачные слои металлов и другие. Кроме того, синтез высококачественных кристаллов ННК А3В5 может быть осуществлен на относительно недорогих подложках большой площади, таких как Si (111), за счет эффективной релаксации механических напряжений, вызванных рассогласованием решетки, на боковых гранях ННК. После отделения массива ННК в силиконовой матрице, ростовые подложки могут быть заново использованы после обработки жидкостной химией, что дополнительно снижает затраты по производству устройств. Тонкие силиконовые плёнки с инкапсулированными массивами ННК (мембраны ПДМС/ННК) могут быть интегрированы друг с другом или другими оптоэлектронными устройствами благодаря прозрачности мембраны и предлагаемых контактов из УНТ. Данное исследование направлено на комплексное изучение физических процессов, связанных с созданием и функционированием светоизлучающих структур на основе вертикальных массивов ННК А3В5 в полимерных матрицах. Будет оптимизирована технология синтеза полупроводниковых структур ННК непрямозонного материала GaP с наноразмерными вставками прямозонного материала GaPAs в аксиальной и/или радиальной геометрии p-n (p-i-n) перехода высокого кристаллического совершенства на подложках Si. Данная полупроводниковая гетероструктура позволит получить устройство с максимумом пика ЭЛ в красной области оптического диапазона благодаря возможности варьировать длину основной линии ЭЛ в диапазоне 600-800 нм в зависимости от состава по As вставок GaPAs. Для инкапсуляции массива ННК и отделение его от ростовой подложки будут разработаны новые методы и использованы специальные полимерные материалы в рамках сотрудничества с лабораторией высокомолекулярного синтеза СПбГУ. Для решения задачи масштабируемости устройств на основе мембран силикон/ННК будут детально изучены свойства используемых материалов для достижения контролируемой электрической и оптической интеграции компонентов, включая ННК А3В5, полимерную матрицу и прозрачные контакты на основе УНТ. Исследование гетерограницы УНТ/ННК и электронных процессов, управляющих люминесцентными свойствами массивов светодиодных ННК в полимерной матрице, расширит знания об светодиодных устройствах новой геометрии и функциональности. Проведение данного исследования внесет вклад в понимание недостаточно изученных физических процессов в гибких неорганических оптоэлектронных структурах, а также создаст базис для реальной имплементации А3В5 ННК при реализации гибких оптоэлектронных устройств.