[發明專利]金屬摻雜的半導體納米晶體及其制造方法

無效

• 申請號: 201080029521.X
• 申請日: 2010-07-01
• 公開（公告）號: CN102471676A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 彭笑剛;解仁國
• 申請（專利權）人: 阿肯色大學托管委員會
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/70;C09K11/88
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;吳勝周

相關申請資料

根據35U.S.C.§119(e)，本申請要求于2009年7月1日提交的美國臨時專利申請序列號61/222,229的優先權，將其全部內容通過引用結合于此。

技術領域

本發明涉及納米晶體材料并且具體地，更具體地，涉及摻雜納米晶體材料(doped?nanocrystalline?material)及其制造方法。

背景技術

膠體半導體納米晶體或量子點(quantum?dot)由于它們在開發先進光學材料的前景而已經產生了重大興趣。尺寸依賴性發射是半導體納米晶體的吸引人的性能，其允許它們用于各種各樣的波長依賴性應用。

例如，預期生物學標記是半導體納米晶體的一種重大應用。特別地，由于它們的大吸收截面和窄發射帶，在電磁光譜的的近紅外(NIR)區(700-1400nm)內具有發射的光致發光(熒光，photoluminescent，PL)量子點作為用于體內成像的生物學標記是期望的。此外，半導體納米晶體在顯示技術、熱電學、電信學以及發信號(信號轉導，singaling)、光子學以及光電設備中也可以找到重要的應用。

然而，半導體納米晶體(包括摻雜納米晶體)的合成化學具有挑戰性，并且已經激發不斷的努力以開發用于各種應用的高性能納米晶體。一般來說，這些材料目前的限制包括低發射效率、低摻雜劑發射特性、摻雜劑從納米晶體晶格中排出(彈出，ejection)、廣譜寬度、差的色控和/或差的穩定性。

發明內容

鑒于前述限制，本文中描述了摻雜半導體納米晶體，在一些實施方式中，它們展示出有利的性能。

在一方面，本發明提供了一種包含摻雜劑的半導體納米晶體，該半導體納米晶體具有大于約610nm的波長的摻雜劑光致發光(PL)或發射。在另一個實施方式中，一種摻雜半導體納米晶體具有大于約620nm的波長的摻雜劑光致發光或發射。在一些實施方式中，本文中描述的一種摻雜半導體納米晶體具有范圍從約620nm至約1150nm的波長的摻雜劑光致發光或發射。

在一些實施方式中，摻雜半導體納米晶體的摻雜劑提供了多個光致發光或發射帶。此外，在一些實施方式中，本文中描述的摻雜半導體納米晶體不表現或基本上不表現出通過由基質材料(主體材料，host?material)吸收摻雜劑光致發光或發射所致的自猝滅(self?quenching)。

在具有范圍從約620nm至約1150nm的摻雜劑光致發光中，在一些實施方式中，本文中描述的摻雜半導體納米晶體可以在NIR應用(包括但不限于生物學成像、電信學以及發信號、光子學以及光伏裝置)中找到用途。

在一些實施方式中，具有大于約610nm的波長的摻雜劑光致發光的摻雜半導體納米晶體包括基質半導體材料(host?semiconductor?material)，該基質半導體材料包含II/VI(族)化合物或III/V(族)化合物。如本文中使用的，第II、III、V以及VI族是指根據美國CAS命名的周期表的第IIB、IIIA、VA以及VIA族。例如，第IIB族對應于鋅家族，第IIIA族對應于硼家族，第VA族對應于氮家族而第VIA族對應于硫族元素。

此外，在一些實施方式中，半導體納米晶體的摻雜劑包括金屬，包括一種或多種過渡金屬。在其他實施方式中，摻雜劑包括非金屬。

另外，在一些實施方式中，來自本文中描述的摻雜半導體納米晶體的所有或基本上所有的光致發光是摻雜劑發射所致。在一個實施方式中，例如，本文中描述的摻雜半導體納米晶體的至少約90％的光致發光是摻雜劑發射所致。在另一個實施方式中，這些摻雜納米晶體的至少約95％的光致發光是摻雜劑發射所致。在一些實施方式中，這些摻雜納米晶體的至少約99％的光致發光是摻雜劑發射所致。在一些實施方式中，本文中描述的摻雜半導體納米晶體顯示出沒有或基本上沒有來自II/VI(族)或III/V(族)基質半導體材料的帶隙發射(bandgap?emission)。

在一些實施方式中，本文中描述的摻雜半導體納米晶體具有高達約40％的光致發光量子產率(PL?QY)。在一些實施方式中，摻雜半導體納米晶體具有至少約10％的PL?QY。在一些實施方式中，摻雜半導體納米晶體具有范圍從約1％至約40％的PL?QY。在一些實施方式中，摻雜半導體納米晶體具有范圍從約5％至約20％的量子產率。