技術突破!柏克萊大學成功以鈣鈦礦製造出藍光LED

加州大學柏克萊分校的研究者使用一種新型鹵化物鈣鈦礦半導體材料製造出藍光LED,克服了將這些便宜且易於製造的材料應用到電子器件中所面臨的主要障礙。

該研究結果於1月24日發表在《科學》子刊《科學 • 進展》(Science Advances)上,展示在應用不穩定鹵化物鈣鈦礦方面取得的技術突破,此材料不穩定主要在於它會隨著溫度、濕度及化學環境而變化,進而破壞其光學和電子特性。


(圖片來源:加州大學柏克萊分校)

負責這項研究的加州大學柏克萊化學系教授楊培東表示,製造發射藍光的半導體二極體向來都是一個挑戰。到目前為止,由鈣鈦礦製造出的紅綠光LED已被證實,而藍光LED則還沒有。鹵化物鈣鈦礦藍光LED一直不穩定主要是因為其顏色會隨著使用而轉變為更長更紅的波長。

研究發現,鹵化物鈣鈦礦的不穩定性是由鈣鈦礦晶體結構的獨特性質所致,此結構是由金屬和鹵原子組成。當這些元素在溶液中混合一起然後乾燥時,原子就會組成一個晶體。加州大學柏克萊分校及實驗室的化學家使用一種新技術以及銫、鉛和溴等成分製造出發射藍光的鈣鈦礦晶體。

同時,該團隊還發現這些晶體發射的光依賴於原子的排列及原子之間的距離,顏色隨溫度而變化。例如,一個在溫度為300 K時發射藍光(波長450納米)的鈣鈦礦晶體可突然在450 K時發射藍綠光。

楊培東教授表示,藍光鈣鈦礦顏色隨著溫度變化的特點可以帶來有趣的應用。兩年前,他展示了一扇由鹵化物鈣鈦礦製成的窗戶,在陽光下變黑暗,而在太陽下山時變得透明,而且還能產生光伏能源。

他認為研究者需要以不同的方式來考慮如何使用這類半導體材料,不應該將鹵化物鈣鈦礦與矽等傳統共價半導體(covalent semiconductor)置於相同的應用環境中。應該意識好好認知這些材料擁有固定的結構特性,並好好利用。(編譯:LEDinside Janice)

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