任天令课题组:首次揭示光谱可调变的新型石墨烯发光器件

2015.11.12

    供稿

    微电子所

     

    创意

    映像设计组

     

    文字

    张铮

     

    图片

    郭祥

     

    编审

    赵鑫、尹霞、张歌明、张铮


    设计

    王寅、张颖

     

近日,清华大学微电子所任天令教授课题组在《自然-通讯》 (Nature Communications)上在线发表了题为《光谱可调的柔性全石墨烯基场控发光器件》(A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting device) 的研究论文,首次揭示了可通过电压调控发光波长的发光器件。不同于传统固定波长的LED,这一新型器件的发光波长(在单一器件内)可以在750nm至 450nm之间连续可调,突破了现有显示器件的颜色合成方式,有望对当代显示、照明和通讯技术产生革命性影响。

迄今为止,所有的LED器件一旦制备完成,其发光波长就是固定的。传统显示或照明技术通过调整几种固定颜色(典型器件使用红、绿、蓝三基色)发光单元的亮度,来实现颜色的表示或白光的合成。石墨烯材料由于具有独特的物理性质,在可控光子/光电子器件等课题中被广泛应用;但由于其零带隙和非发光复合率高的特性,石墨烯基发光器件是国际学术界的一个难题。

任天令教授课题组创新性的通过激光直写技术,在氧化石墨烯和还原石墨烯的界面处获得了半还原态的srGO材料。该材料兼备石墨烯的高导电性和氧化石墨烯的宽带隙特征。通过构建面内栅极结构,对栅极施加电压可以调制srGO的费米能级,从而实时调控石墨烯LED发光的中心波长。该论文首次实现了波长/色彩可调的LED,在获得优异的颜色保真度的同时,还可以使得显示器件内的发光单元数目显著减小,从而极大地优化驱动电路并降低功耗。该LED还具有亮度高和可制成柔性器件的特点,是现代LED显示、照明和通信技术的理想元件,该成果在相关领域具有深远的意义。论文的审稿人评价道:“这项工作有望在发光器件领域拓展新的研究方向”、“这项工作令人激动人心且具有影响力。”

近年来,任天令教授致力于石墨烯等二维电子器件的研究,尤其关注突破传统器件限制的新型器件,在新型石墨烯基存储器、声学器件和传感器件等方面已获得了多项创新成果,如柔性透明石墨烯耳机和低功耗石墨烯阻变存储器等,为新一代微纳电子器件技术奠定基础。

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