[發明專利]大面積制備半導體量子點的方法

有效

• 申請號: 201310459051.6
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN103489962B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 莫曉亮;陳國榮;鄭凱波
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C09K11/54
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,盛志范

技術領域

本發明屬于半導體與納米材料技術領域，具體涉及一種大面積制備半導體量子點的方法。

背景技術

量子點由于具有許多不同于宏觀體材料的物理化學性質，在非線形光學、磁介質、催化、醫藥及功能材料等方面具有極為廣闊的應用前景，特別是它的獨特電子和發光性質使其在發光二極管，激光和太陽能電池等領域被深入地研究并漸漸走向實際應用。以太陽電池為例，目前晶體硅太陽電池是最主流的形式，但是這類太陽電池的光電轉換效率理論上最多僅為30％，而半導體量子點太陽電池在理論上可以實現60％以上的高轉換效率。???這是因為在半導體量子點的作用下，具有充足能量的單光子激發產生多激子，而且量子點在帶隙里形成中間帶，可以有多個帶隙起作用，來產生電子空穴對，這兩個效應大大增加了光電轉換效率。

目前常用的半導體量子點制備方法，一是外延技術，如分子束外延（MBE）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）和化學束外延（CBE）等方法，這也是目前制備高質量量子點的方法，缺點是這類方法一般需要高真空或超高真空環境，且控制復雜，成本高。二是化學腐蝕法，缺點是量子點尺寸控制不好。三是溶液方法，包括膠體法，這類方法利用前驅溶液在襯底上生長量子點，具有工藝簡單，成本底等特點。在第三類方法中，連續離子層吸附反應法（SILAR）能夠在室溫下成膜，量子點尺寸可控，污染小等優點，近幾年越來越受到關注。它是將襯底分別連續浸入陰離子和陽離子的溶液中，利用異性離子的吸附產生化學反應生成量子點。可以通過多次以上的循環來控制量子點的尺寸。但該方法目前有一些缺點，???????????????????????????????????????????????襯底需要浸入到溶液中，因此如果襯底面積很大，所需的溶液容器體積也相應變大；通常量子點只需要制備在襯底的一個面上，而以上工藝導致襯底兩面都會有量子點，在制備器件的過程中需要多一道工序，清洗不需要量子點的一面；由于襯底是連續浸入不同離子溶液中，即使可以增加另一種清洗溶液，也不可避免不同離子溶液會被襯底帶入另一種溶液中，導致兩種溶液混合，相互污染，這樣既浪費了離子溶液，也降低襯底上量子點質量。

發明內容

本發明的目的在于提出工藝簡單、質量優異的大面積制備量子點的方法。

本發明提出的制備量子點的方法，是采用噴霧的方式，將不同溶液分別順序噴在襯底上，經發生化學反應形成所需量子點。

本發明提出的制備量子點的方法，具體步驟為：

（1）配制制備量子點所需的前驅體溶液，包括陰離子溶液、陽離子溶液和清洗（或漂洗）溶液。也可以是制備量子點所需的溶膠。這些溶液或溶膠作為噴涂液；

（2）將襯底放置在襯底架上，襯底架可以水平放置或垂直放置，襯底架可以有旋轉裝置，以甩掉多余溶液；

（3）將不同的的噴涂液分別裝入容器，用不同的噴槍將不同溶液按照所需的噴涂時間、順序和間隔時間噴到襯底上；

（4）噴涂液在襯底表面發生化學反應形成半導體量子點；

（5）手工或利用自動控制，重復步驟（3）、（4）；經過多次循環噴涂，形成所需尺寸和面積的半導體量子點。

本發明中，所制備的量子點材料可以是PbS，CdS，ZnS，Cd-ZnS，Ag₂S，，Sb₂S₃，CuS，In₂S₃，Bi₂Se₃，As₂Se₃，ZnSe，CdSe，CuInS₂，CuInSe₂等等二元、三元或多元化合物。?

本發明中，各種噴涂液的噴涂順序、噴涂時間和間隔時間可根據要求改變。

本發明中，其噴霧方式可以是高壓無氣霧化、氣體霧化、超聲霧化以及靜電霧化等不同方式。

本發明中，襯底可以附加加熱系統，對產品制備過程中和制備后進行熱處理。

本發明中，多次循環可采用手工或自動控制來完成。

本發明中，制備環境可以是在大氣中、人為氣氛（包括單一氣體或混合氣體）或真空環境中。

本發明中，量子點可以制備在光滑襯底材料和襯底上的薄膜上，也可以制備在表面修飾過的襯底表面上，如經過物理、化學處理或有納米陣列（包含襯底材料和其它材料）的表面。