一种光电材料与器件表征系统的制作方法

1.本公开涉及光电领域，特别涉及一种光电材料与器件表征系统。


背景技术：

2.发光二极管的工作原理是通过外部电压将电子空穴两种载流子从二极管两端注入，电子空穴在发光层相遇，通过辐射复合产生发光。发光二极管的发光过程机理以及电荷空穴的注入情况的监测对于改进器件结构、提升器件性能是十分重要的。
3.小信号(即探测光路信号)光致发光(pl)原位监测功能，能够提供发光层的发光能力随着外界条件(偏压，时间等)的变化而变化的情况。特别是对于器件操作寿命的监控，可以一定程度上给出一些有用信息。
4.然而，此种技术的缺陷是测量手段单一，只能得到单一的pl信号随着时间的变化曲线。但是，发光层的pl信号衰减的原因有多种，无法区别是量子点自身还是界面还是临近层导致发光衰减，对于器件改善只有微弱性的指导作用；并且，一般测量需要使用常规的器件衰减所使用的亮度，测量时间比较长。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开实施例提出了一种光电材料与器件表征系统，用以解决现有技术的如下问题：测量手段单一，只能得到单一的pl信号随着时间的变化曲线，对于器件改善只有微弱性的指导作用；并且，一般测量需要使用常规的器件衰减所使用的亮度，测量时间比较长。
6.一方面，本公开实施例提出了一种光电材料与器件表征系统，包括：激光发射组件，用于发射预定波长的光，所述预定波长的光作为老化光和探测光；第一光传导器件组，用于传输所述预定波长的光；显微观察镜，用于将来自所述第一光传导器件组的光传输至待测体，并观测所述待测体的老化程度；外部驱动和测量电路，用于对所述待测体施加电压，以实现电光转换，并将所述电光转换后的光信号通过所述显微镜传输至第二光传导器件组；所述第二光传导器件组，用于将所述电光转换后的光信号传输至第一探测器；所述第一探测器，用于对来自所述第二光传导器件组的光信号进行分析，以得到所述待测体的电致发光(el)信号和pl信号。
7.在一些实施例中，所述激光发射组件包括：所述第一激光器，用于发射第一预定波长的第一光信号，所述第一光信号作为探测光；和，所述第二激光器，用于发射第二预定波长的第二光信号，所述第二光信号作为老化光。
8.在一些实施例中，还包括：斩波器，用于将具有所述第一光信号处理为交流光信号；分束器，将所述交流光信号拆分为第一交流光信号和第二交流光信号，并将所述第一交流光信号传输至所述第一光传导器件组，将所述第二交流光信号传输至第二探测器；所述第二探测器，用于接收所述第二交流光信号。
9.在一些实施例中，还包括：锁相放大器，用于接收所述第二探测器和所述第一探测
器的光信号，并根据所述光信号得到校正后的pl信号。
10.在一些实施例中，还包括：光束组合器，所述光束组合器与所述第二激光器耦合，并与所述分束器耦合。
11.在一些实施例中，所述第一光信号经过所述斩波器和所述分束器处理后，输入至所述第一光传导组件组中；所述第二光信号直接输入至所述第一光传导组件组的传输光路中。
12.在一些实施例中，还包括：第三激光器，用于发射第三预定波长的第三光信号，所述第三光信号作为激活光。
13.在一些实施例中，还包括：相机组件，用于获取及展示图像数据，用于调整材料对位。
14.在一些实施例中，所述第一光传导器件组至少包括：反光镜和透反镜。
15.在一些实施例中，所述第二光传导器件组至少包括：过滤镜和回转镜。
16.本公开实施例设置了激光发射组件，能够发射老化光和探测光的叠加光，叠加光通过第一光传导器件组及显微观察镜作用到待测体上，再结合外部驱动测量电路对待测体加压而得到的光信号，光信号通过第一光传导器件组和显微观察镜被第一探测器获取，进而能够同时获得待测体的el信号和pl信号，系统组成简单，且能同时测量el信号和pl信号，对于器件改善指导作用较强，并且，具有专门的老化光，老化速度较快。
附图说明
17.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本公开实施例提供的光电材料与器件表征系统的结构示意图一；
19.图2为本公开实施例提供的光电材料与器件表征系统的结构示意图二；
20.图3为本公开实施例提供的光电材料与器件表征系统的结构示意图三；
21.图4为本公开实施例提供的光电材料与器件表征系统的结构示意图四。
22.附图标记：
23.1-激光发射组件，2-第一光传导器件组，3-显微观察镜，4-外部驱动和测量电路，5-第二光传导器件组，6-第一探测器，7-光束组合器，81-斩波器，82-分束器，9-第二探测器，10-相机组件，11-第一激光器，12-第二激光器，13-第三激光器，14-锁相放大器，21-反光镜，22-透反镜，51-过滤镜，52-回转镜。
具体实施方式
24.为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
26.为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
27.本公开实施例提供了一种光电材料与器件表征系统，该系统的结构示意如图1所示，包括：
28.激光发射组件1，用于发射预定波长的光，预定波长的光作为老化光和探测光；第一光传导器件组2，用于传输预定波长的光；显微观察镜3，用于将来自第一光传导器件组的光传输至待测体，并观测待测体的老化程度；外部驱动和测量电路4，用于对待测体施加电压，以实现电光转换，并将电光转换后的光信号通过显微镜传输至第二光传导器件组；第二光传导器件组5，用于将电光转换后的光信号传输至第一探测器；第一探测器6，用于对来自第二光传导器件组的光信号进行分析，以得到待测体的el信号和pl信号。
29.上述第一光传导器件组2、显微观察镜3和第二光传导器件组5均为显微装置的显微光路，本公开实施例为了清楚的说明，将显微装置的光路拆分为上述三个部分，本领域技术人员在使用时，如直接采用现有器件，则上述三个部分即为显微镜，则显微观察镜即是显微镜物镜。
30.当然了，显微装置还可以包括其它部分，例如用于获取及展示图像数据的相机组件10也可以设置在本公开的光电材料与器件表征系统中，进而指导使用者根据图像数据调整光电材料与器件的位置。
31.本公开实施例设置了激光发射组件，能够发射老化光和探测光的叠加光，叠加光通过第一光传导器件组及显微观察镜作用到待测体上，再结合外部驱动测量电路对待测体加压而得到的光信号，光信号通过第一光传导器件组和显微观察镜被第一探测器获取，进而能够同时获得待测体的el信号和pl信号，系统组成简单，且能同时测量el信号和pl信号，对于器件改善指导作用较强，并且，具有专门的老化光，老化速度较快。
32.在对第一探测器的el信号和pl信号进行分析时，可以采用直流电表测量el信号和pl信号，当然，如果第一探测器本身是具有分析功能的，则可以根据使用者的需求随时获取el信号和pl信号，从第一探测器上获取到的el信号和pl信号为某一个时刻的值。
33.为了能够获取到校正的pl信号，本公开实施例的光电材料与器件表征系统还可以包括斩波器81、分束器82和第二探测器9，斩波器81用于将具有第一光信号处理为交流光信号；分束器82，将交流光信号拆分为第一交流光信号和第二交流光信号，并将第一交流光信号传输至第一光传导器件组，将第二交流光信号传输至第二探测器；第二探测器9，用于接收第二交流光信号。
34.如果上述第二探测器获取到的pl信号较弱，则可以通过设置锁相放大器14来实现
获取较强的pl信号，因此，本公开实施例的光电材料与器件表征系统还可以包括锁相放大器，用于接收第二探测器和第一探测器的光信号，并根据光信号得到校正后的pl信号。对于锁相放大器，其读出的数据相对于直流电表而言，是一个数据集，即一个波形被读出来得到的数据集。
35.具体实现时，上述第一光传导器件组至少包括反光镜21和透反镜22，上述第二光传导器件组至少包括过滤镜51和回转镜52。当然，本领域技术人员还可以根据实际需求在显示光路中增加或减少传输器件，其均在本公开实施例保护范围之内，此处不进行赘述。
36.具体实现时，如果激光发射组件为一个激光器，则采用某个频率信号调制的电学驱动，用于驱动激光发射组件，其驱动信号得直流成分可以直接用作老化信号，其交流信号可以用作探测信号，即一个激光器同时起到老化和探测的作用。这种方式有低成本和集成度高的优点，但是可能有波长选择、能量范围、测量精度等的限制。
37.上述预定波长的光可以是来自的电学调制好的老化光和探测光的叠加光(直流成分和交流成分同时来自一个激光器，当然，也可以分别来自两个激光器)，当然，也可以是未经过电学调制的光，即激光发射组件仅有一个激光器是不够的，其需要具有两个激光器，进而一个激光器发射老化光，实现老化光路，一个激光器发射探测光，实现探测光路。因此，上述激光发射组件包括第一激光器11和第二激光器12；其中，第一激光器11用于发射第一预定波长的第一光信号，第一光信号作为探测光；第二激光器12用于发射第二预定波长的第二光信号，第二光信号作为老化光。此种情况，使用者只需要调整光信号的波长即可实现光功能的调整。
38.如果老化光和探测光分别输入至第一光传导组件组2中，则第一激光器11,发射的第一光信号经过斩波器81和分束器82处理后，输入至第一光传导组件组2中；第二激光器12，向第一光传导组件组2中传输光路发射第二光信号。上述系统结构示意可以如图2所示。
39.如果老化光和探测光一起输入至第一光传导组件组2中，则上述系统结构示意可以如图3所示，还需要包括光束组合器7，光束组合器7与第二激光器12耦合，并与分束器82耦合。
40.当然，为了增加不同的光功能需求，还可以在上述激光发射组件增加其它的激光器。例如图4所示，增加用于发射第三预定波长的第三光信号的第三激光器13，以将第三光信号作为激活光，实现激活光路，激活在器件中的陷阱态，从而可以确定陷阱深度、密度、陷阱对老化情况的影响等因素。
41.下面结合具体实例对上述方案进行说明。
42.本公开实施例提供了一种光电材料与器件表征系统，用于确定光电材料与器件的可靠性，该系统通过引入光学老化光路，大大加强了常用的el-pl小信号系统的能力。
43.第一激光器对应的探测光路，通过一个斩波器被斩断成交流光信号，然后被分束器一束分给第二探测器用来监测探测光路光强，另一束与老化光路混合在一起进入显微装置，通过聚焦激发样品。样品发出的光被收集后送到第一探测器，第一探测器同时连接直流电表和锁相放大器，直流电表用来测量el+pl信号的总和随着时间的演变，锁相放大器用来取出pl信号，与其第二探测器的信号作除法后得到较准的pl信号随着时间的演变。
44.实现时，光路的搭配有一定的灵活性，可以将几路光合并后引入显微装置，也可以将其分别引入显微装置之后再合束。该系统还可以选配一个激活光路，采用红外或者宽光
谱光源，激活发光材料或者器件的缺陷态或者局域态，研究这些态对于材料或者器件性能的影响。
45.关于系统参数配置：
46.第一激光器调节范围：0-20w，波长范围为紫外或可见光；
47.第二激光器调节范围：0-20w，波长范围为紫外或可见光；
48.第三激光器调节范围：0-20w，波长独立或者连续都可以，波长范围为可见光到红外；
49.锁相放大器的频率范围：0-1mhz；
50.显微镜物镜：根据需求变化，可以取下来，其聚焦的光斑点直径为0.5μm-1cm。
51.下面结合具体实例对使用上述系统的方案进行说明。
52.实施例1(材料稳定性测量)
53.样品为：红色量子点、绿色量子点或者蓝色量子点。
54.可采用的方法1：第一激光器功率采用10mw，第二激光器功率采用1w，聚焦直径为1mm(100w/cm2),通过测量校正pl的信号的下降来测量材料的pl衰减。
55.可采用的方法2：关闭锁相放大器和斩波器，只用第一激光器，功率40mw，聚焦直径200μm(100w/cm2)，将第一探测器的信号除以第二探测器的信号得到较准的材料的pl信号的衰减。
56.实施例2(叠层稳定性测量)
57.样品为：红色量子点/tfb叠层。
58.可采用的方法1：量子点为老化源；第一激光器功率采用1mw，532nm第二激光器采用1w 532nm聚焦直径为1mm(100w/cm2)，通过测量校正pl的信号的下降来测量材料的pl信号衰减。
59.可采用的方法2：tfb为主要老化源；第一激光器功率采用1mw，532nm第二激光器采用1w 405nm聚焦直径为1mm(100w/cm2)，通过测量校正pl的信号的下降来测量材料的pl信号衰减。
60.实施例3(小信号pl-el测量)
61.样品为：红光qled ito/pedot:pss/tfb/rqd/zno/al，器件面积2*2mm2。
62.驱动电流为5ma，第一激光器功率采用1mw，532nm，聚焦直径为3mm(0.025w/cm2)，通过测量校正pl的信号的下降来监测器件的发光层随着时间的pl衰减。
63.实施例4(大信号+小信号pl-el测量)
64.样品为：红光qled ito/pedot:pss/tfb/rqd/zno/al，器件面积2*2mm2。
65.驱动电流为5ma，第一激光器功率采用1mw，532nm第二激光器采用4w 532nm聚焦直径为2mm(0.025w/cm
2 100w/cm2)，通过测量校正pl的信号的下降来测量材料的pl信号衰减，在采样直流el+pl信号的时候可以将第二激光器关闭，以得到更准确的el信号强度。
66.实施例5(器件电学特性退化的因素分解)
67.样品为：红光qled ito/pedot:pss/tfb/rqd/zno/al，器件面积2*2mm2。
68.驱动电流为0.2ma，第二激光器采用4w 532nm聚焦直径为3mm，监测外电路电压，研究rqd激发老化对于器件电学驱动电压的影响。或者，第二激光器采用365nm聚焦直径为3mm，研究tfb层老化对于期间电学驱动电压的影响。
69.实施例6(研究量子点中的自动电离导致的带电态的回复)
70.样品为：红色量子点薄膜。
71.波长均为532nm，第一激光器功率采用10mw，第二激光器功率采用1w，聚焦直径为1mm(100w/cm2)，通过测量校正pl的信号的下降来测量材料的pl衰减；开启第三激光器，观测开启状态下pl信号衰减的情况的区别。
72.实施例7(用一个激光器同时实现老化和探测功能)
73.样品为：红色量子点薄膜。
74.只控制一个激光器，波长均为532nm，采用叠加的直流+200hz交流的驱动信号。直流的功率输出为10w，交流信号为100mw，其聚焦直径为1mm(平均能量密度为100w/cm2)。
75.用锁相信号的衰减来观测材料的相对发光效率的衰减。
76.本公开实施例光电材料与器件表征系统引入了老化光路，老化光路使得材料(发光材料、htl、etl)和叠层(例如发光材料/htl，发光材料/etl、htl/发光材料/etl)也能够在同一个装置下进行测量，通过多组实验的衰减趋向对比，能够更加明晰的得到发光层退化的原因；引入老化光路，能够将发光亮度提高到几十万nits(亮度单位)，这是现有qled器件不能够达到的亮度，能够加快迭代，更快速的得到器件下一步优化的指导方案。
77.老化光路能够明确的将老化源头位置固定在发光层或者htl层(通过调节老化激光的波长)，这在一定程度上减弱了器件制备不完美造成的漏电等因素造成的机理表征的偏差。
78.将老化光路与探测光路分离，可以降低对于激光器的要求。老化激光器要求功率比较大，稳定性在5％即可，而探测激光器要求功率比较小，稳定性比较高(1％或者更好)。
79.通过老化器件中的不同位置，同时利用外界qled的驱动电路监控各个参数，可以了解不同区域老化对于器件电学特性的影响。
80.此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本技术的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
81.以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
82.以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围之内。