[發明專利]一種硅量子點晶體的生長方法

無效

• 申請號: 201410024142.1
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103762284A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 郝洪辰;陳家榮;陸明
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06
• 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

本發明屬于量子點技術領域，具體涉及一種硅量子點晶體的生長方法。

背景技術

硅量子點是指尺寸小于硅激子波爾半徑，即4.3nm的硅顆粒，根據量子限制效應，當硅顆粒的尺寸被限制在此數量級以下時，硅顆粒的光致發光和電致發光效率大幅增加，使得其可稱為一種熒光材料或LED發光材料。

在利用硅量子點作為電致發光材料的時候，量子點之間的間距，整個有源層的載流子傳輸效率，都決定了器件的量子效率以及發光性能。目前，該領域內利用硅量子點制作發光薄膜的過程中，主要使用旋涂摻雜熱固化的方法制備量子點薄膜。此方法獲得的薄膜，量子點密度低，量子點之間間距大，載流子的傳輸效率低。本方法利用熱揮發結合高速離心沉積的方法，制備得硅量子點薄膜，該硅量子點薄膜具有密堆積的特性，它實際上可被看作一種硅量子點晶體，可作為一種優秀的硅發光器件有源層。

發明內容

本發明的目的在于提出一種新的硅量子點晶體的生長方法，使制備的薄膜，量子點密度高，量子點之間間距小，載流子的傳輸效率高，從而可用于高性能硅發光器件。

本發明提出的硅量子點晶體的生長方法，是在利用揮發性硅量子點溶液沉積的同時，結合高速離心輔助沉積，制備得硅量子點薄膜，具體步驟如下：?

（1）選取揮發性較好的溶劑作為硅量子點的分散劑，常見的可用于硅量子點的分散劑包括甲醇、乙醇或者均三甲苯等，或者甲醇、乙醇或者均三甲苯等與水的混合物；把硅量子點分散在易于揮發的溶劑中，預制得硅量子點溶液；硅量子點溶液濃度為：1.0-2.5mg/L；

（2）用低濃度氫氟酸，丙酮，酒精，超聲清洗沉積晶體用的襯底和離心沉積管，利用氮氣吹干；

（3）把襯底置于離心沉積管底部，用移液器將硅量子點溶液轉移到離心沉積管內；將離心沉積管置于高速離心機中；

（4）在溶液揮發沉積的同時，利用高速離心機以4000-8000轉/分的轉速高速離心，輔助沉積。?

本發明中，可根據選用的分散劑的揮發速率，計算確定離心時間；例如，在離心管內，室溫下，甲醇的揮發速率為1ml/小時，乙醇的揮發速率為2ml/小時。

本發明中，使用的設備包括，超聲粉碎儀，高速離心機（高速角轉子離心機），都是常見的化工加工設備。

本發明中，所述離心沉積管的材料可為石英或者塑料，該離心管可設計為平底，同時底面與豎直管壁的夾角等于高速離心機的角轉子與水平面的夾角的余角，以此保證沉積襯底與水平面垂直，實施例中，角轉子夾角為60°，管底與管壁夾角為30°。??

本發明中，用于分散硅量子點的溶液可以所選用：甲醇，乙醇，甲醇和水，乙醇和水。

利用旋涂法或者自然沉積法獲得的量子點薄膜，量子點的密度較低，因此量子點之間的間距較遠，由于在量子點LED器件中，載流子在量子點之間是以隧傳傳輸的，因此，間距會大大降低載流子的傳輸效率，從而導致器件量子效率底下。當量子點實現密堆積，間距足夠近的時候，隧傳幾率大大增加，器件作為LED發光層的性能也將大幅增強。由本發明方法生成的硅量子點薄膜具有密堆積的特性，它實際上可被看作一種硅量子點晶體，因此可用作優秀的硅發光器件有源層。

附圖說明

圖1為離心沉積管結構圖示。

圖2為離心裝置結構圖示。

說明：離心沉積管底部平整，平面與水平面垂直，以此保證離心力方向與硅襯底垂直，此效果同樣可以以平底沉積管的水平離心機實現。

具體實施方式

以下實施例用以說明本發明，但不用于限制本發明。

1、原料?

硅量子點甲醇溶液，可自行配制；?

襯底：1cm×1cm×0.5mm單晶硅硅片（100），上光所晶體中心。

2、配方?

硅量子點濃度：1.5mg/L。

3、用量?

硅量子點溶液劑量：1mL。

4、工藝參數設定?

生長條件：20攝氏度，凈化間；

超聲轉速：6000轉/分鐘；

沉積時間：60分鐘。

5、生產裝置?

離心裝置圖2所示，為在普通高速角轉子離心機內，放置石英或者塑料離心管。該離心管為平底設計，同時底面與豎直管壁的夾角等于角轉子與水平面的夾角的余角，以此保證沉積襯底與水平面垂直，本實施例中，角轉子夾角為60°，管底與管壁夾角為30°，離心管結構如圖1所示。

6、工藝過程?

工藝過程具體為：