2019-04-15 23:04:01
团队开发激光加工方法以提高光电器件的效率

美国海军研究实验室(NRL)的科学家们发现了一种新方法来钝化下一代光学材料中的缺陷,以提高光学质量并实现发光二极管和其他光学元件的小型化。

“从化学角度来看,我们发现了一种新的光催化反应,使用激光和水分子,这是新的和令人兴奋的,”该研究的第一作者Saujan Sivaram博士说。 “从一般的角度来看,这项工作可以将高质量,光学活性,原子级薄的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。”

NRL科学家开发了一种多功能激光加工技术,可显着改善单层二硫化钼(MoS2)的光学性质 - 一种直接间隙半导体 - 具有高空间分辨率。他们的工艺使用激光束“书写”的区域的材料光学发射效率提高了100倍。

根据Sivaram的说法,原子级薄的过渡金属二硫化物(TMD),如MoS2,由于其高光学吸收和直接带隙,是柔性器件,太阳能电池和光电传感器的有前景的组件。

“这些半导体材料在重量和柔韧性非常高的应用中特别有利,”他说。 “不幸的是,它们的光学特性通常变化很大且不均匀,这使得改善和控制这些TMD材料的光学特性以实现可靠的高效器件变得至关重要。”

“缺陷通常不利于这些单层半导体发光的能力,”Sivaram说。 “这些缺陷充当非辐射陷阱状态,产生热而不是光,因此,去除或钝化这些缺陷是迈向高效光电器件的重要一步。”

在传统LED中,大约90%的器件是散热器以改善冷却。减少的缺陷使较小的设备能够消耗更少的功率,从而使分布式传感器和低功率电子设备的使用寿命更长。

研究人员证明,水分子仅在暴露于能量高于TMD带隙的激光时才能使MoS2钝化。结果是光致发光增加而没有光谱偏移。

与未显示出较弱发射的未处理区域相比,处理区域保持强烈的光发射。这表明激光驱动环境气体分子和MoS2之间的化学反应。

“这是一项了不起的成就,”资深科学家兼首席研究员Berend Jonker博士说。 “这项研究的结果为使用TMD材料铺平了道路,这些材料对光电器件的成功至关重要,并且与国防部的使命相关。”

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