超薄的半导体薄膜被科学家研制出来，有怎样的作用？

我们的世界在不断的发展之中，现在新材料的研究和开发是一个热门的话题，因为一种新材料的问世，无疑会带来巨大的好处。新材料的发现能够让科学技术得到进步，同时新材料能够成为一个国家的战略物资，所以现在各个国家都在加紧研究新材料。

二零一八年期间新材料越来越多，让人有一种目不暇接的感觉，但是这些新材料的出现，确实给我们的生活带来巨大的改变，所以我们学习科学的时候，一点要注意新材料的事情，这样才能够跟上社会的发展，跟上科学技术的脚部，二零一八比较吸引人的一种新材料美女小倩给大家介绍一下。

有一种新材料未来很可能会给我们带来新的产品，这种材料是一种特殊的材质，能够取代硅。我们知道硅是一种地球上比较多的材料，所以我们制作半导体薄膜的时候会使用这种材料，可是这种材料制作的产品比较厚重，所以使用起来并不是很方便，而这种新材料则改变了这个模式。

美国麻省理工学院【MIT】的科学家们研制出一种超薄的半导体薄膜，这种新的材料，无疑会给未来的电子器材地带来一场重大的改革，这项技术很可能将会使用在很多城市建设方面，对于建设一个未来的智能城市，提供了一个新的办法和一个新的方案。

这种新技术使用一种【远程外延】的新方法，能够将一些特殊的材料进行一系列的改变，从而能够制造出更加轻薄的材料，这样一来就能够改变传感器和太阳能电池的体积，以及我们使用的计算机和智能手机，这样的材料一旦开始使用将会改变我们现在的生活。

美国的这些?研究人员已经开始着手制造出一些由砷化镓以及氮化镓的材料，同时也利用氟化锂材料制造柔性薄膜，这些产品确实在超薄方面做得十分出色，那么怎么样出色呢？美女小倩给大家举个例子，一旦这个技术出现，那么将会让手机能够给纸张一样，贴在皮肤上即可。

不过这些技术依旧没有成熟起来，目前制造的这些材料造价十分的昂贵，所以根本没有办法让老百姓使用。所以科学家现在开始在节约成本方面进行努力，当然这条路还很长，所以我们还要等待很久。不过随着科学技术的不断进步，总有一天我们会看这些产品。

相比于传统的LCD平板显示技术，OLED在技术上具有多方面的优势，特别是对于目前的热点柔性显示（flexible display）技术，OLED与柔性基底也具有天然的匹配，因此OLED被看作未来显示的主要技术。

OLED即有机发光二极管（organic light emission diode），其发光的原理与LED类似，只不过与LED采用无机半导体作为发光材料不同，其采用的发光材料是有机材料。根据有机材料的不同，还可以进一步分为小分子有机材料和大分子有机材料。其中大分子有机材料一般采用喷墨打印的方式进行成膜，而小分子有机材料一般采用蒸镀的方式进行薄膜沉积。目前的量产技术都是采用蒸镀小分子的方式来制作OLED显示器，因此我们这里只涉及到有机小分子的说明。

如前面所讲，OLED器件中，有不同的薄膜进行堆叠，最终形成OLED器件。那么为何需要这些膜层呢？

让我们从最简单的OLED器件结构开始分析。如下图所示，为最简单的OLED器件结构：

要了解OLED为何发光，首先需要了解OLED器件的能带图。如上图所示，就是这个只有发光层的OLED器件的能带图。先解释一下两个名词：

LUMO：lowest unoccupied molecular orbit，最低未占分子轨道

HOMO：highest occupied molecular orbit，最高占据分子轨道

在有机分子能带图中，可以将LUMO看作无机半导体物理中的导带，将HOMO看作无机半导体物理的价带。可以看到，电子通过阴极注入到发光层中，空穴通过阳极注入到发光层中，电子和空穴在发光层中复合而发射出光。

从这个基本的能带结构中，我们可以得出对于OLED的阴极、阳极材料及发光层材料选择的要求。

从能带图中可以看出，阴极材料的选择的最基本条件是——电子注入容易。因此，需要选择低功率的材料作为OLED的阴极。采用低功函数的材料作为阴极，不仅可以提高电子注入效率，还可以降低OLED工作时产生的焦耳热，提高器件的寿命。根据不同的阴极，有共蒸发法和分层蒸发法。常见的阴极材料和结构如下所列：

较稳定的高功函数金属一起蒸发形成金属电极，提高器件的量子效率和稳定性。

对于阳极，因为需要将空穴注入到OLED中，因此需要其具有较高的功函数（work function）。通常选用的阳极材料有ITO，IZO，Au，Pt，Si等等。

有机发光层的材料须需具备固态下有较强荧光、电子/空穴传输性能好、热稳定性和化学稳定性佳、量子效率高且能够真空蒸镀的特性。为什么需要有良好的电子空穴传输能力呢？这是因为电子和空穴都需要在发光层中传输，这样才能保证有足够的电子和空穴能发生复合而发出光。

一般有机发光层的材料使用通常与电子传输层所采用的材料相同。

按照分子结构，可以分为有机小分子发光材料和配合物发光材料。

如前面所讲，具备基本结构的OLED器件，从理论上就具备了发光的条件，但为什么还需要其他的膜层呢？这是因为对于有机材料，其有如下特点：

对于如前面所讲的基本结构，如果要保证发光产生于发光层，并有足够的发光效率，需要具备如下的条件：

基于上面的考虑，实际的OLED器件中，设计出电子/空穴注入层来保证载流子的注入，电子/空穴传输层来保证载流子的传输，而电子/空穴阻挡层来保证对于载流子流出发光层的阻挡。如下图所示，包含了除了HIL/EIL层之外的其他各层的一个能带示意。

对于电子注入层和空穴注入层的要求是：降低从阴极注入电子的势垒，使电子能从阴极有效地注入到OLED器件中。降低从阳极注入空穴的势垒，使空穴能从阳极有效地注入到OLED器件中。因此，在选择电子/空穴注入层材料的时候，需要考虑材料能级和阳极材料的匹配。

常见的电子注入层材料有：LiF，MgP，MgF2，Al2O3

常见的空穴注入层材料有：CuPc（聚酯碳酸），TiOPc，m-MTDATA，2-TNATA

在OLED有机材料中，空穴的传输速率一般是大于电子的传输速率，为了让从电极注入的电子和空穴的复合发生在发光层中，需要设计电子和空穴传输层结构。需要考虑的因素有：

常见的电子传输层：Alq3，Almq3，DVPBi，TAZ，OXD，PBD，BND，PV

常见的空穴注入层材料有：TPD，NPB，PVK，Spiro-TPD，Spiro-NPB

为什么要有电子阻挡层呢？从前面的能带图中可以看出，当电子和空穴迁移到发光层中，由于电场的存在，电子可以继续向阳极迁移，空穴可以继续向阴极迁移，导致发光区域电子/空穴浓度下降，发光效率降低。而电子/空穴阻挡层，由于其特殊的能级结构，可以对电子/空穴形成迁移的势垒，阻止其进一步迁移。

Capping Layer是位于OLED阴极之上的一层有机膜。为什么需要这一层膜呢？我们需要先了解一个概念：表面等离子激元（surface plasmon polariton，spp）

当光波（电磁波）入射到金属与电介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。

如下图，当发光层发光往外传播的时候，在金属/介质界面附件会存在spp效应，这个效应导致出射光效率降低。CPL层据称可以压制这种效应。

另一方面，在上下金属电极之间，OLED也形成了一个法布里-帕洛光学谐振腔。调整CPL层，具文献讲可以对谐振器起到条件的作用，达到对出光效率的调整和光谱的选择。

如下图为OLED的基本发光过程，电子和空穴在发光层中复合发出光。对于其器件结构和各膜层的调整，都是为了提高出光效率。在这个基础上，实际工艺中综合考虑材料寿命、成本、产能等因素，做出优化的选择。

主要是起支撑和改善薄膜特性的作用。薄膜生长在衬底上，衬底材料性质和衬底表面形状对薄膜的特性有很大的影响，因为薄膜一般厚度尺寸在纳米至微米之间，要求衬底表面有超高平整度；薄膜和衬底的结合也是一个非常重要的方面，如果两者晶格不匹配，则在薄膜形成初期阶段会形成一个较长的过渡区域。

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