膠體量子點（quantum dots, QDs）具有色純度高、波長可調控、發光效率優異、溶液可加工等優點，有利于量子點發光二極管（quantum dot light emitting diode, QLED）在低成本、柔性、大面積顯示和固態照明等領域的應用。目前，由于幾個關鍵因素，包括強約束的大尺寸量子點的發展，頂發射器件架構的引入，和優化載流子傳輸層材料以提高效率和電荷平衡等， QLED效率的最新研究進展是顯著的。盡管滿足了顯示應用的基本效率指標，但QLED在顯示器中的實際應用仍然面臨著重大挑戰。

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、綠色和藍色發射器件中顯示出超過20%的高外部量子效率（EQEs）。然而，PEDOT:PSS HIL也存在下述問題制約其應用潛力。1)質量差的噴墨印刷膜：水溶劑的高表面張力，加上其蒸氣壓低，經常導致液態亞層收縮，最終導致“咖啡環”現象的表現。2)酸性表面：PEDOT:PSS中存在活性質子，在電應力或長期儲存過程中容易擴散到量子點層，不利于器件的效率和穩定性。3)器件降解：PEDOT:PSS的吸濕性有利于吸收環境水分，最終在老化過程中導致功能層降解。4)團聚：PEDOT:PSS很容易在溶液中聚集，使其難以存儲，處理和處理。

基于上述問題，澳門大學王雙鵬、Kar Wei Ng和南方科技大學陳樹明&深圳職業技術大學Zhen Yin等人從研究金屬在器件內的擴散機制開始。QLED在工作過程中退化的原因是PEDOT:PSS對ITO的腐蝕，導致In離子的滲入，最終造成QD發光的猝滅。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，有效地降低了光學損耗，提高了功函數（WF）。結果，綠色QLED的最大EQE從11.63%提高到15.28%。此外，基于ITO/SAM的藍色和紅色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的器件表現出更大的穩定性，即使在較高的應用偏壓下，操作時間也超過一個月。該成果以《Efficient Hole Injection From Indium Tin Oxide in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes》為題發表在Advanced Functional Materials上^[1]。

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

本文中，作者通過美國低溫設備制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.的M91快速霍爾測量模塊對載體的遷移率進行了表征。在室溫條件下， 未經修飾的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。這一數據清晰體現出2BrCzPA SAM 修飾對 ITO 襯底電學性能的調控作用。作為專為低遷移率材料測試設計的專業設備，M91模塊不僅保障了本研究中未經修飾的ITO與 ITO/2BrCzPA SAM 載流子遷移率數據的真實性與可信度，更為深入分析 2BrCzPA 優化 QLED 空穴注入性能的作用機制，奠定了堅實的數據基礎。

Lake Shore 作為美國低溫設備制造商，研發推出的全新霍爾效應測量系統，可根據測試需求，搭載其自主研發的采用交直流模式測量的新一代多通道高精度低噪聲綜合電學測量模塊M81-SSM或采用自研快速霍爾技術的M91快速霍爾測試模塊，有效實現測量速度和精度的雙重提升。

搭載M81/M91測量模塊的霍爾效應測量系統

一、M81同步源測量模塊

基于M81同步源測量模塊的霍爾效應測試系統是LakeShore 8400系列霍爾效應測試系統的全新升級，噪聲改善提升了2倍。該模塊巧妙地結合了直流和交流場測量功能的優點，創新性的采用DC+AC的輸出方式，將遷移率測量范圍擴展至 0.001 cm2/V s。該模塊針對小信號科學研究實驗有更多優化，測量更精準。整個模塊一體化程度高，配置有信號激勵源、測量模塊和鎖相濾波的整體解決方案，無需多個儀表混合輸出，面板操作直觀，簡單易上手。

M81同步源測量模塊

二、M91快速霍爾測量模塊

全新一代M91快速霍爾測量模塊采用了Lakeshore 專利（專利號：9797965和10073151）的快速霍爾測量技術，主要針對低遷移率材料諸如光伏材料（太陽能電池材料）、熱電材料、有機材料等的測量。傳統測量模式下，DC無法測量低遷移率，而AC模式下耗時甚久，M91的快速霍爾技術有效解決了上述問題。這一全新技術從根本上改變了霍爾效應的測量方式，無需進行磁場極性的切換，使得DC場下測量速度極快，在某些情況下可將分析時間縮短數十倍。大多數常用材料的測量在幾秒鐘內即可完成分析。即使是極高電阻（高達200GΩ）或低遷移率（~0.001 cm²/V s）的樣品一般也能在幾分鐘內完成。此外，在這項技術的加持下，M91快速霍爾測量模塊可以適配于各種類型的磁體（永磁體、電磁體、超導磁體）和系統使用，并且都有成熟的解決方案。

M91快速測量模塊

M91測試模塊與傳統霍爾測試對比表

三、多功能電磁體平臺

Lakeshore全新一代的霍爾效應系統采用其自主研發生產的MCS-EMP電磁體平臺提供背景磁場。MCS-EMP多用途電磁鐵平臺提供了自動化可變磁場實驗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、以及電磁體系統控制柜。根據需要，還可以選配光學接口。

電磁體系統控制柜中的各個組件也均由Lakeshore自主研發生產，包括643/648型高可靠性線性磁體電源、F71型多軸高斯計和單軸磁場監測探頭，以及功能*的專用MeasureLINK-MCS操作軟件和儀器控制臺。

四、樣品組件

樣品組件由樣品腔和樣品卡組成。樣品腔內部設有高性能樣品插件，用于與樣品卡物理安裝和電氣連接。根據系統配置的不同，插件包括 8 個三軸連接器，用于為樣品提供保護信號，以進行電阻測量（最高可達 200 GΩ）。其圓形連接器包含溫度監控導線、插入件標識和安全聯鎖，確保了測試的準確性和穩定性。

根據不同類型和尺寸的樣品，霍爾效應系統同樣提供了不同類型樣品卡供選擇。根據類型不同分為探針式樣品卡和焊盤式樣品卡；根據尺寸不同有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）

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

樣品旋轉組件

五、變溫選件

除了室溫測量外，MCS-EMP霍爾系統同樣提供高溫和低溫選件實現變溫測量。

低溫選件采用閉循環制冷機方式和低溫專用樣品卡實現10K-400K的變溫測量。

使用閉循環制冷機的電磁體平臺和低溫專用樣品卡

高溫選件采用采用高溫爐選件和高溫專用樣品卡，可實現室溫到1273K的高溫測量。目前市面上的霍爾效應系統，只有搭配MCS-EMP電磁體平臺和高溫選件的霍爾效應系統才能達到1273K的最高測量溫度。

使用高溫爐選件的電磁體平臺和高溫專用樣品卡

系統支持LakeShore的Janis恒溫器與電磁體聯用，實現高低溫一體化變溫的霍爾測量。

六、與其他磁體系統聯用

1. FastHall Station桌面級M91快速霍爾測試平臺

M91快速霍爾測量技術，由于測量過程中磁極不需要反轉，使得其可以有效適配于各種類型的磁體和系統。Lakeshore的桌面級M91快速霍爾測試平臺FastHall Station是由M91快速霍爾測量模塊與1.0T的永磁體組合使用進行霍爾測量。它同時還有室溫和77K單點溫度選件可選。

2. 與PPMS系統聯用

M81/M91快速測試模塊可以與Quantum Design的綜合物性測量系統（PPMS）進行聯用，由PPMS提供變溫和磁場環境，M91完成霍爾測量。目前，PPMS的兩個型號DynaCool和VersaLab均有成熟的解決方案。

M91 FastHall測試模塊與PPMS系統聯用

3.與其他磁體定制

除了現有的解決方案外，M91快速霍爾測量模塊也可以根據需求，與其他品牌的磁體和恒溫器或者客戶現有的磁場和溫度環境結合使用。如有上述定制化的使用需求，可以聯系我們溝通解決方案。

關于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國Lake Shore公司（www.lakeshore。。ｃｏｍ）是的極端溫度和磁場條件下高精度測量和控制解決方案的創新者。主要產品包括低溫探針臺、振動樣品磁強計、霍爾效應測量系統、M81同步源測量系統、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動科學發展，其產品解決方案不斷創新，應用領域從物理實驗室到深太空科學探索不斷發展。

參考文獻：

[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.