量子點發光二極管（QLED）作為新一代顯示與照明技術，其性能高度依賴于電子傳輸層（ETL）與空穴注入層（HIL）的材料特性。傳統有機材料及某些過渡金屬氧化物（如ZnO、MoO?）由于電阻率高、空穴濃度低等限制，性能提升有限。金屬硫化物具有組成多樣、帶隙可調、導電性良好等優勢，在光電器件中展現出巨大潛力。Flexfilm探針式臺階儀可以實現表面微觀特征的精準表征與關鍵參數的定量測量，精確測定樣品的表面臺階高度與膜厚，為材料質量把控和生產效率提升提供數據支撐。

本研究采用分子前體溶液法，成功制備了ZnS、CdS、Cu?S和Ag?S四種金屬硫化物薄膜，系統研究了其結構與光電特性，為其在QLED中的應用提供材料基礎。

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金屬硫化物在QLED中的研究背景

QLED通常采用p-i-n三明治結構，其中ETL和HIL對電荷注入平衡與器件效率起關鍵作用。近年來，研究人員嘗試使用過渡金屬氧化物作為功能層，但仍受限于其電學性能。

相比之下，金屬硫化物如CdS、ZnS等已在光催化、太陽能電池中表現出優異的能級匹配與界面特性，在QLED中亦具有應用前景。本研究旨在通過溶液法可控制備多種金屬硫化物薄膜，并評價其作為QLED功能層的可行性。

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實驗方法

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以前體溶液法合成四種金屬硫醇鹽前驅體：以乙酸鋅、乙酸鎘、乙酸銅與叔十二硫醇（DDT）在甲醇中反應，分別制得Zn-DDT、Cd-DDT和Cu-DDT；以氧化銀與DDT在甲苯中反應制得Ag-DDT。

前驅體經離心、洗滌、干燥后溶于甲苯，形成澄清溶液。通過旋涂法在ITO基底上成膜，再根據熱重分析確定的溫度進行退火（ZnS: 260 ℃、CdS: 269 ℃、Cu?S: 320 ℃、Ag?S: 300 ℃），獲得相應硫化物薄膜。

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結果與討論

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前驅體表征

(a-d) 四種金屬硫化物(Zn-DDT、Cd-DDT、Cu-DDT和Ag-DDT)的熱重曲線圖

(a-d) 四種金屬硫化物分子前體(Zn-DDT、Cd-DDT、Cu-DDT和Ag-DDT)的FT-IR吸收光譜圖

熱重分析（TGA）表明各前驅體在特定溫度區間發生分解，殘余質量與目標硫化物理論值一致。傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）顯示在617 cm?1處出現C–S鍵特征峰，且未檢出S–H振動峰，證實DDT完全去質子化并與金屬配位。

薄膜形貌與均勻性

(a) 四種金屬硫化物(Zn-DDT、Cd-DDT、Cu-DDT 和 Ag-DDT)前體溶液的照片(b)四種金屬硫化物(Zn-DDT、Cd-DDT、Cu-DDT 和 Ag-DDT)薄膜實物照片（膜厚~20 nm）

ZnS, CdS, CuxS 和 Ag2S 薄膜的(a, c, e, g)表面形態和(b, d, g, h)臺階高度圖

所得薄膜透明平整，臺階儀測試顯示表面粗糙度低、無針孔裂紋，有利于QLED中減少漏電流與器件短路。

晶體結構與化學態分析

(a-d) ZnS、CdS、CuxS 和 Ag2S 分別在 260℃、269℃、320℃和 300℃退火后的薄膜 XRD圖

ZnS、CdS、CuxS和Ag2S薄膜的XPS圖譜(a) Zn 2p, (b) S 2p, (c) Cd 3d, (d) S 2p, (e) Cu 2p, (f) S 2p, (g) Ag 1s, (h) S 2p

XRD譜圖顯示各薄膜均為純相：ZnS為閃鋅礦結構，CdS為纖鋅礦結構，Cu?S與Cu?.?S?標準卡匹配，Ag?S為單斜相。

XPS進一步證實元素價態：Zn2?/S2?、Cd2?/S2?、Ag?/S2?，而Cu?S中同時存在Cu?與Cu2?，其比例約為1.11，表明其具有混合價態特性，可能有利于空穴注入。

本研究通過分子前體溶液法成功制備了ZnS、CdS、Cu?S和Ag?S四種高質量金屬硫化物薄膜。薄膜表現出良好的透明度、平整度、結晶純度及明確的化學組成。其中Cu?S的混合價態特性顯示出作為空穴注入層的潛力。該研究為金屬硫化物在QLED中的應用奠定了材料基礎，后續將開展器件集成與性能優化研究。

Flexfilm探針式臺階儀

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