Auger效應促進摻雜元件的發展
- 上線日期：2012/5/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米
美國科學家首度研究了電活化量子點薄膜中摻雜物對光致發光(photoluminescence)的影響，並揭露了一些過去未曾觀察到的效應。相較於無摻雜的量子點，摻雜錳離子(Mn2+)會使量子點中「歐傑去激發」(Auger de-excitation)的效率明顯提升，這對場效電晶體或太陽電池等都是一大利多。
歐傑過程通常牽涉到移除原子的內層電子而留下一空軌域，最常見的移除方法為利用電子束轟擊。外層電子會填入此空軌域，所釋放的能量被另一顆電子吸收而游離，此即所謂的「歐傑電子」(Auger electron)。由於能量是轉換成游離電子的動能而非產生光子，所以這是一種非輻射(radiationless)過程。
量子點中也有類似的歐傑過程：處於激發態的量子點透過激子(exciton, 即電子電洞對)間或激子與電子間的交互作用，將能量轉移給電子而退火(quenched)。最近華盛頓大學的Daniel Gamelin等人發現在量子點薄膜中，激發態的二價錳離子(Mn2+)將能量快速轉移給量子點傳導帶底部的電子，使其躍遷到較高的能階成為「熱電子」(hot electron)，然後在傳導過程中將能量以熱的形式釋放回到傳導帶底部。
在此實驗中，研究人員將摻雜二價錳的硫化鎘(CdS)量子點鍍在透明氧化物導電電極上，然後施加電壓使電子進入量子點。藉由量測量子點的吸收與發光光譜，以得知外加電子如何影響量子點的光學特性。
該團隊發現在摻雜二價錳的量子點膜中，歐傑去激發過程的效率遠高於在未摻雜的量子點薄膜中。原因是錳離子激發態的生命期約是未摻雜量子點中激子的一百萬倍，如此一來，錳離子在釋放能量前有更多機會遇到在膜中移動的電子而將能量轉移出去。
「Auger去激發」可視為「衝擊激發」(impact excitation)的逆過程，而衝擊激發是許多電致發光(electroluminescent)元件的基礎。為了提升發光強度，這類元件通常在最高電流密度下操作，但其發光表現仍受到Auger去激發過程的限制。藉由研究這些去激發過程，研究團隊希望能更了解此過程如何影響電致發光元件的效能，並研究如何將此過程轉為優點應用在其他裝置上。
該團隊目前正在進行類似的實驗以量測低載子濃度下量子點薄膜的電子遷移率，同時針對以脈衝雷射激發的錳離子，利用歐傑效應抑制其光致發光，以便將錳離子的發光時間調制得比原本2 ms的生命期還短。他們也希望能捕捉到去激發過程產生的熱電子。詳見ACS Nano｜DOI: 10.1021/nn200889q。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/45785
譯者:Jiun-Yi Lien(奇美電子)
責任編輯:蔡雅芝
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