膠體量子點(diǎn)（quantum dots, QDs）具有色純度高、波長(zhǎng)可調(diào)控、發(fā)光效率優(yōu)異、溶液可加工等優(yōu)點(diǎn)，有利于量子點(diǎn)發(fā)光二極管（quantum dot light emitting diode, QLED）在低成本、柔性、大面積顯示和固態(tài)照明等領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，由于幾個(gè)關(guān)鍵因素，包括強(qiáng)約束的大尺寸量子點(diǎn)的發(fā)展，頂發(fā)射器件架構(gòu)的引入，和優(yōu)化載流子傳輸層材料以提高效率和電荷平衡等， QLED效率的最新研究進(jìn)展是顯著的。盡管滿足了顯示應(yīng)用的基本效率指標(biāo)，但QLED在顯示器中的實(shí)際應(yīng)用仍然面臨著重大挑戰(zhàn)。

在QLED中，常用的空穴注入層（HIL）是聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS），它在紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射器件中顯示出超過(guò)20%的高外部量子效率（EQEs）。然而，PEDOT:PSS HIL也存在下述問(wèn)題制約其應(yīng)用潛力。1)質(zhì)量差的噴墨印刷膜：水溶劑的高表面張力，加上其蒸氣壓低，經(jīng)常導(dǎo)致液態(tài)亞層收縮，最終導(dǎo)致“咖啡環(huán)”現(xiàn)象的表現(xiàn)。2)酸性表面：PEDOT:PSS中存在活性質(zhì)子，在電應(yīng)力或長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中容易擴(kuò)散到量子點(diǎn)層，不利于器件的效率和穩(wěn)定性。3)器件降解：PEDOT:PSS的吸濕性有利于吸收環(huán)境水分，最終在老化過(guò)程中導(dǎo)致功能層降解。4)團(tuán)聚：PEDOT:PSS很容易在溶液中聚集，使其難以存儲(chǔ)，處理和處理。

基于上述問(wèn)題，澳門大學(xué)王雙鵬、Kar Wei Ng和南方科技大學(xué)陳樹明&深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)Zhen Yin等人從研究金屬在器件內(nèi)的擴(kuò)散機(jī)制開始。QLED在工作過(guò)程中退化的原因是PEDOT:PSS對(duì)ITO的腐蝕，導(dǎo)致In離子的滲入，最終造成QD發(fā)光的猝滅。用[4-（3,6-二溴- 9h -咔唑-9-基）丁基]膦酸（2BrCzPA）取代PEDOT:PSS，使SAM分子在ITO襯底上有序排列，有效地降低了光學(xué)損耗，提高了功函數(shù)（WF）。結(jié)果，綠色QLED的最大EQE從11.63%提高到15.28%。此外，基于ITO/SAM的藍(lán)色和紅色QLED在22640和9147 nit的亮度水平下分別獲得了12.63%和14.83%的高EQEs。采用2BrCzPA的器件表現(xiàn)出更大的穩(wěn)定性，即使在較高的應(yīng)用偏壓下，操作時(shí)間也超過(guò)一個(gè)月。該成果以《Efficient Hole Injection From Indium Tin Oxide in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes》為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上^[1]。

圖1 a)基于2BrCzPA處理的ITO的QLED器件結(jié)構(gòu)示意圖，以及2BrCzPA的分子結(jié)構(gòu)。b,c)      2BrCzPA處理的ITO的XPS光譜。d) ITO、2BrCzPA和ITO/2BrCzPA的工作函數(shù)。(e) 2BrCzPA處理的ITO在空穴注入/傳輸界面處能級(jí)分布的示意圖（處理前與處理后）。

本文中，作者通過(guò)美國(guó)低溫設(shè)備制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.的M91快速霍爾測(cè)量模塊對(duì)載體的遷移率進(jìn)行了表征。在室溫條件下， 未經(jīng)修飾的ITO（氧化銦錫）載流子遷移率約為27 cm²V?¹s?¹，而基于2BrCzPA 處理的ITO的載流子遷移率約為5 cm²V?¹s?¹。這一數(shù)據(jù)清晰體現(xiàn)出2BrCzPA SAM 修飾對(duì) ITO 襯底電學(xué)性能的調(diào)控作用。作為專為低遷移率材料測(cè)試設(shè)計(jì)的專業(yè)設(shè)備，M91模塊不僅保障了本研究中未經(jīng)修飾的ITO與 ITO/2BrCzPA SAM 載流子遷移率數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可信度，更為深入分析 2BrCzPA 優(yōu)化 QLED 空穴注入性能的作用機(jī)制，奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

Lake Shore 作為美國(guó)低溫設(shè)備制造商，研發(fā)推出的全新霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)，可根據(jù)測(cè)試需求，搭載其自主研發(fā)的采用交直流模式測(cè)量的新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測(cè)量模塊M81-SSM或采用自研快速霍爾技術(shù)的M91快速霍爾測(cè)試模塊，有效實(shí)現(xiàn)測(cè)量速度和精度的雙重提升。

搭載M81/M91測(cè)量模塊的霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)

一、M81同步源測(cè)量模塊

基于M81同步源測(cè)量模塊的霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)是LakeShore 8400系列霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的全新升級(jí)，噪聲改善提升了2倍。該模塊巧妙地結(jié)合了直流和交流場(chǎng)測(cè)量功能的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新性的采用DC+AC的輸出方式，將遷移率測(cè)量范圍擴(kuò)展至 0.001 cm2/V s。該模塊針對(duì)小信號(hào)科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)有更多優(yōu)化，測(cè)量更精準(zhǔn)。整個(gè)模塊一體化程度高，配置有信號(hào)激勵(lì)源、測(cè)量模塊和鎖相濾波的整體解決方案，無(wú)需多個(gè)儀表混合輸出，面板操作直觀，簡(jiǎn)單易上手。

M81同步源測(cè)量模塊

二、M91快速霍爾測(cè)量模塊

全新一代M91快速霍爾測(cè)量模塊采用了Lakeshore 專利（專利號(hào)：9797965和10073151）的快速霍爾測(cè)量技術(shù)，主要針對(duì)低遷移率材料諸如光伏材料（太陽(yáng)能電池材料）、熱電材料、有機(jī)材料等的測(cè)量。傳統(tǒng)測(cè)量模式下，DC無(wú)法測(cè)量低遷移率，而AC模式下耗時(shí)甚久，M91的快速霍爾技術(shù)有效解決了上述問(wèn)題。這一全新技術(shù)從根本上改變了霍爾效應(yīng)的測(cè)量方式，無(wú)需進(jìn)行磁場(chǎng)極性的切換，使得DC場(chǎng)下測(cè)量速度極快，在某些情況下可將分析時(shí)間縮短數(shù)十倍。大多數(shù)常用材料的測(cè)量在幾秒鐘內(nèi)即可完成分析。即使是極高電阻（高達(dá)200GΩ）或低遷移率（~0.001 cm²/V s）的樣品一般也能在幾分鐘內(nèi)完成。此外，在這項(xiàng)技術(shù)的加持下，M91快速霍爾測(cè)量模塊可以適配于各種類型的磁體（永磁體、電磁體、超導(dǎo)磁體）和系統(tǒng)使用，并且都有成熟的解決方案。

M91快速測(cè)量模塊

M91測(cè)試模塊與傳統(tǒng)霍爾測(cè)試對(duì)比表

三、多功能電磁體平臺(tái)

Lakeshore全新一代的霍爾效應(yīng)系統(tǒng)采用其自主研發(fā)生產(chǎn)的MCS-EMP電磁體平臺(tái)提供背景磁場(chǎng)。MCS-EMP多用途電磁鐵平臺(tái)提供了自動(dòng)化可變磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)所需的所有基本組件，包括兩種尺寸可選（4英寸/7英寸）的電磁體，兩種尺寸可選（2英寸/4英寸）的磁極帽和磁體底座、以及電磁體系統(tǒng)控制柜。根據(jù)需要，還可以選配光學(xué)接口。

電磁體系統(tǒng)控制柜中的各個(gè)組件也均由Lakeshore自主研發(fā)生產(chǎn)，包括643/648型高可靠性線性磁體電源、F71型多軸高斯計(jì)和單軸磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)探頭，以及功能強(qiáng)大的專用MeasureLINK-MCS操作軟件和儀器控制臺(tái)。

四、樣品組件

樣品組件由樣品腔和樣品卡組成。樣品腔內(nèi)部設(shè)有高性能樣品插件，用于與樣品卡物理安裝和電氣連接。根據(jù)系統(tǒng)配置的不同，插件包括 8 個(gè)三軸連接器，用于為樣品提供保護(hù)信號(hào)，以進(jìn)行電阻測(cè)量（最高可達(dá) 200 GΩ）。其圓形連接器包含溫度監(jiān)控導(dǎo)線、插入件標(biāo)識(shí)和安全聯(lián)鎖，確保了測(cè)試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

根據(jù)不同類型和尺寸的樣品，霍爾效應(yīng)系統(tǒng)同樣提供了不同類型樣品卡供選擇。根據(jù)類型不同分為探針式樣品卡和焊盤式樣品卡；根據(jù)尺寸不同有10 mm和50 mm兩種尺寸可選，50 mm只有探針式樣品卡。

10mm探針樣品卡（左）、10mm焊盤式樣品卡（中）、50mm探針式樣品卡（右）

為了滿足角度測(cè)量需求，電磁體平臺(tái)同樣配備了樣品旋轉(zhuǎn)組件。EMP-HP-ROTATE 樣品旋轉(zhuǎn)選件為 MCS-EMP 電磁體平臺(tái)增加了0°至360°手動(dòng)樣品旋轉(zhuǎn)功能。該組件作為樣品腔的選件，也可以與變溫選件聯(lián)用。樣品旋轉(zhuǎn)組件適用于 10 毫米大小的樣品卡，不能與50mm尺寸的樣品卡使用。

樣品旋轉(zhuǎn)組件

五、變溫選件

除了室溫測(cè)量外，MCS-EMP霍爾系統(tǒng)同樣提供高溫和低溫選件實(shí)現(xiàn)變溫測(cè)量。

低溫選件采用閉循環(huán)制冷機(jī)方式和低溫專用樣品卡實(shí)現(xiàn)10K-400K的變溫測(cè)量。

使用閉循環(huán)制冷機(jī)的電磁體平臺(tái)和低溫專用樣品卡

高溫選件采用采用高溫爐選件和高溫專用樣品卡，可實(shí)現(xiàn)室溫到1273K的高溫測(cè)量。目前市面上的霍爾效應(yīng)系統(tǒng)，只有搭配MCS-EMP電磁體平臺(tái)和高溫選件的霍爾效應(yīng)系統(tǒng)才能達(dá)到1273K的最高測(cè)量溫度。

使用高溫爐選件的電磁體平臺(tái)和高溫專用樣品卡

系統(tǒng)支持LakeShore的Janis恒溫器與電磁體聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)高低溫一體化變溫的霍爾測(cè)量。

六、與其他磁體系統(tǒng)聯(lián)用

1. FastHall Station桌面級(jí)M91快速霍爾測(cè)試平臺(tái)

M91快速霍爾測(cè)量技術(shù)，由于測(cè)量過(guò)程中磁極不需要反轉(zhuǎn)，使得其可以有效適配于各種類型的磁體和系統(tǒng)。Lakeshore的桌面級(jí)M91快速霍爾測(cè)試平臺(tái)FastHall Station是由M91快速霍爾測(cè)量模塊與1.0T的永磁體組合使用進(jìn)行霍爾測(cè)量。它同時(shí)還有室溫和77K單點(diǎn)溫度選件可選。

2. 與PPMS系統(tǒng)聯(lián)用

M81/M91快速測(cè)試模塊可以與Quantum Design的綜合物性測(cè)量系統(tǒng)（PPMS）進(jìn)行聯(lián)用，由PPMS提供變溫和磁場(chǎng)環(huán)境，M91完成霍爾測(cè)量。目前，PPMS的兩個(gè)型號(hào)DynaCool和VersaLab均有成熟的解決方案。

M91 FastHall測(cè)試模塊與PPMS系統(tǒng)聯(lián)用

3.與其他磁體定制

除了現(xiàn)有的解決方案外，M91快速霍爾測(cè)量模塊也可以根據(jù)需求，與其他品牌的磁體和恒溫器或者客戶現(xiàn)有的磁場(chǎng)和溫度環(huán)境結(jié)合使用。如有上述定制化的使用需求，可以聯(lián)系我們溝通解決方案。

關(guān)于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國(guó)Lake Shore公司（www.lakeshore。。ｃｏｍ）是的極端溫度和磁場(chǎng)條件下高精度測(cè)量和控制解決方案的創(chuàng)新者。主要產(chǎn)品包括低溫探針臺(tái)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)、霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)、M81同步源測(cè)量系統(tǒng)、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計(jì)及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動(dòng)科學(xué)發(fā)展，其產(chǎn)品解決方案不斷創(chuàng)新，應(yīng)用領(lǐng)域從物理實(shí)驗(yàn)室到深太空科學(xué)探索不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]. P. Gao, J. Jiang, Y.-M. Song, M.-W. Wang, T. Ding, H. Liu, Z. Yin, K. W. Ng, S. Chen, S.-P. Wang, Efficient Hole Injection From Indium Tin Oxide in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes. Adv. Funct. Mater. 2025, 2503467.