表面等离激元增强的核壳型微纳米线阵列LED

基本信息
批准号:61405148
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:王国平
学科分类:
依托单位:武汉大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:雷金,肖丽,周川华,刘翠,吴润霓,吴坤学
关键词:
发光二极管自发辐射复合速率表面等离激元微纳米线阵列
结项摘要

Micro/nanowire array-based Light-Emitting Diodes (LEDs) potentially have a great application in the field of short-distance wireless optical communication, but such application is limited by the relatively low rate of the spontaneous recombination,resulting in low modulation rate. Surface plasmon is a very effective approach for improving the rate mentioned above. Nevertheless, very little research is done to the surface plasmon coupled "micro/nanowire array-based" LED because of some key issues still remaining unresolved. For challenging such situation, the proposal here adopts approaches, such as electron beam lithography, chemical vapor deposition, pulsed laser deposition and electrodeposition to rationally fabricate the LED based on metal-decorated ZnO/ZnMgO core-shell micro/nanowire array, which will be further explored systematically on the aspect of how the surface plasmon affects the performance of electroluminescence by combining the experimental and simulational results. The proposal will reveal how the diameter of the micro/nanowires, the thickness of ZnMgO-shell and the metal film, and the type of the metal influence the LED performance and be expected to achieve much higher-modulation rate LED based on the micro/nanowire array. Also the results from the proposal study are expected to offer new significant insights for effectively coupling surface plasmon to the active region of the micro/nanowire array-based LED devices and scientific basis for the future application of such high-bright and high-modulation rate LEDs in the field of short-distance wireless optical communication.

微纳米线阵列发光二极管(LED)在无线短距离光通信领域有重要的潜在应用,却受制于本身较低的自发辐射复合速率,导致了调制速率较低。表面等离激元是提高自发辐射复合速率的有效手段,但如何将表面等离激元与微纳米线阵列体系有效地耦合是目前面临的一大挑战。本项目拟采用电子束刻蚀阵列图形、化学气相沉积、脉冲激光沉积以及电化学沉积等手段,可控地制备金属薄膜修饰的(银或铝)ZnO/ZnMgO核壳型微纳米线阵列LED器件,并以此为研究对象,通过实验、理论模拟(时域有限差分)相结合的方法,系统地研究表面等离激元对此类器件电致发光性能的影响。本项目预期将揭示出微纳米线直径、壳层厚度以及金属膜的种类和尺寸对器件自发辐射复合速率的影响规律,实现有较高调制速率的微纳米线阵列LED器件。项目成果对于表面等离激元在微纳米线阵列器件上的耦合具有重要指导意义,可以为其未来在无线短距离光通信等领域的应用提供科学依据。

项目摘要

本项目拟对“局域表面等离激元”的高效调控展开研究,通过对局域表面等离激元的调控,实现局域表面等离激元增强的新型光电器件,比如核壳型微纳米线阵列LED、全可见光波长响应的电子纸(非发射型显示而是反射型显示)等。在项目执行期内,我们按计划完成了对局域表面等离激元调控的理论和实验研究。 针对如何突破目前局域表面等离激元器件的静态设计窠臼及很难进行调控的现状,我们设计了一种可以用电压进行调控的器件模型,突破了目前反射型显示器件难以实现全彩显示的难题,为实现全彩反射型显示器提供了一种可能的理论设计和可行的技术方案。 同时,为了提升器件的响应速度,我们对局域表面等离激元的结构进行了系列理论探讨和实验验证,例如设计了罗马酒杯 ( Lycurgus cup )阵列、探讨了液晶的光学调控,特别是对我们设计的局域表面等离激元芯片的调控,并取得了重要进展。我们在理论和实验上成功的实现上述设计和论证,为局域表面等离激元技术从实验室走入成熟的工程应用进行了有益的探索。基于上述已经取得的成果,目前已经获得了军方重要项目的支持,以期实现在现实场景下的长期可靠的实际应用。同时,我们也获得了一个500万的企业委托研究合同,支持全彩电子书的研发,前期经费已经到账。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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