[發明專利]晶格失配的核殼型量子點

無效

• 申請號: 201080060245.3
• 申請日: 2010-11-15
• 公開（公告）號: CN102762690A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 安德魯·M·史密斯;書明·聶
• 申請（專利權）人: 愛默蕾大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/88;H01L33/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李冬梅;王漪

領域

本披露涉及晶格失配的核殼型量子點（QD）。在某些實施方案中，晶格失配的核殼型QD被用于光伏或光電導應用的方法中。它們對于多色分子的、細胞的、以及體內的成像也是有用的。

背景

典型地在半導體材料中找到的由金屬構成的納米級顆粒一般被稱為量子點（QD）。相同材料但不同尺寸的量子點可以發射不同顏色的光。用有機聚合物對QD進行表面改性允許人們訂制其特性并且將顆粒摻入更大材料中。QD目前被用于大量的電子和生物應用中。

顯示出II型能帶半導體材料的特性的量子點在Kim等人,J.Am.Chem.Soc[美國化學會志]125,11466-11467（2003）中進行了描述。還參見美國專利號7,390,568。預計II型QD由于電子載流子的空間分隔而具有有用的特性。II型結構可以允許到達用單一材料以其他方式不能獲得的波長。此外，在II型納米晶體的最低激發態下電荷的分隔使得這些材料在光伏或光電導應用中是更適合的。因此，對于鑒定改進的II型QD存在著需要。

概述

本披露涉及晶格失配的核殼型量子點（QD）。在某些實施方案中，本披露內容涉及晶格失配的QD，它是由一個壓縮性殼（例如ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、或CdSe）在一個柔軟核（例如CdTe）上的外延沉積而形成的，或者該核具有的本體模量是小于約52、51、50、54、53、52、51、50、49、48、47、46、45、44、或43GPa。

在某些實施方案中，這些晶格失配的量子點包括一個核和一個壓縮性殼，其中晶格失配率是大于約7.5%、8.0%、8.5%、9.0%、9.5%、10.0%、10.5%、11.0%、或11.5%。在某些實施方案中，這個核具有的晶格常數與外延沉積的壓縮性殼相比是大于約0.5、0.6、0.7、0.8、或0.9埃。在某些實施方案中，核材料是CdTe并且壓縮性殼的晶格常數是小于約6.0、5.9、5.8、5.7、或5.6埃。

在某些實施方案中，本披露內容涉及包含XTe核的、涂覆有壓縮性殼的晶格失配的核殼型量子點，其中X是Cd或Hg，其中該核和殼不是CdTe/CdSe。典型地，該核是CdTe并且壓縮性殼包括ZnS、ZnSe和/或CdS。在某些實施方案中，核的直徑是約1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.5、或4.0nm，或者核的直徑是小于約2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、或5.0nm。在某些實施方案中，該壓縮性殼具有兩個或更多個單層的ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS或CdSe，或一個或多個單層的ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSh、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、TlSb、Pbs、PbSe、PbTe、或其混合物。在某些實施方案中，該壓縮性殼的厚度是大于1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.5、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、或10.0nm。

在某些實施方案中，QD在該壓縮性殼上具有一種帶有羧酸基團的聚合物、帶有硫醇基的單體、以及帶有氨基的單體。在某些實施方案中，該聚合物不含聚乙二醇單體。在某些實施方案中，在此披露的量子點被包含在一種聚合物或玻璃基質中。

在某些實施方案中，這些QD具有一種共軛到該壓縮性殼上的生物材料，如核酸、多肽、細胞、抗體、表位、蛋白、抑制劑、受體、或受體底物。在某些實施方案中，這些晶格失配的核殼型QD被用于多色分子的、細胞的、以及體內的成像的方法中。

在某些實施方案中，本披露內容涉及包含在此提供的量子點的光伏電池和器件。在某些實施方案中，本披露內容涉及包含在此提供的量子點的發光二極管。在某些實施方案中，本披露內容涉及包含在此披露的QD的激光器。

附圖簡要說明

圖1展示了在量子點中由晶格應變引發的能帶能量變化。a，普通和發生應變的(CdTe)ZnSe納米晶體的晶格應變。b，a中對應結構的化合價和導帶能級。波形箭頭及其顏色表明能帶邊緣的熒光發射及其近似波長。水平的能帶長度對應于核以及殼的厚度。松弛的納米結構形成了標準的I型異質結、但在由于異質外延生長而產生的應變導致核被“擠壓”并且殼被“拉伸”時被轉化成II型行為。使用模型固體理論和連續體彈性模型來計算應變的影響。