[發明專利]多異質結納米顆粒、其制備方法以及包含該納米顆粒的制品

有效

• 申請號: 201410098121.4
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN104046360B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: M·沈;N·吳;Y·翟;S·南;P·特雷福納斯;K·德什潘德
• 申請（專利權）人: 伊利諾斯大學科技管理辦公室;羅門哈斯電子材料有限公司;陶氏環球技術有限公司
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;H01L51/54;H01L51/56;B82Y30/00;B82Y20/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 江磊

背景技術

本發明涉及雙異質結納米顆粒，其制備方法以及包含該納米顆粒的制品。

半導體納米晶體的一個關鍵優勢在于其潛在地能夠用于改善光電器件的效率。球形納米晶體異質結構，有時也稱作芯-殼量子點，被廣泛用于量子點發光二極管(LED)。在這些主要由I型(跨立型)能帶偏移構成的芯-殼異質結構中，異質結僅起到鈍化層的作用，從而改善光致發光效率。由于其獨特的光學和電子性質，半導體納米晶體在各光電應用領域已受到人們的廣泛關注，這些應用領域包括光伏(PV)、LED、固態照明和顯示器。這些小晶體具有一個或多個維度，長度為幾納米，使得能夠調節其電子帶隙。帶隙和電子能級的變化使人們能夠控制所觀察到的半導體的光學和電學性質。

此外，當兩種或更多種半導體材料放在一起時，人們可以根據其相關的能帶偏移和能帶排列預期新的、改進的光學和電子性質。在不同半導體的界面處形成的異質結會有助于引導電子和空穴，并且能夠成為各種器件（包括PV、LED和晶體管）的活性組件。通過選擇不同的材料用于芯和殼，可改變譜帶邊緣位置。但是，對于材料的某些組合而言，有效的帶隙和能帶偏移會很大，可能會阻礙載流子注入過程。因此，人們希望能夠制備具有多個異質結的半導體納米顆粒。具有多個異質結的顆粒能夠在不同界面處通過使超過兩種半導體材料選擇性地彼此接觸來調節帶隙和能帶偏移。

多個異質結的優點包括通過中心“芯”的表面鈍化(即通過形成具有I型和II型能帶偏移的組合的多個異質結)促進載流子注入和/或封閉，同時提供改進的光致發光產率。除了表面鈍化優點（相當于I型芯/殼）之外，多個異質結有助于為一種類型的載流子實現了良好的勢壘(barrier)，同時能夠促進其他載流子類型注入。

發明內容

本發明公開了一種半導體納米顆粒，其包括具有第一端部和第二端部的一維半導體納米顆粒以及兩個第一端蓋(endcap)，其中，所述第二端部與所述第一端部相反；所述兩個第一端蓋中的一個端蓋與所述一維半導體納米顆粒的第一端部相接觸，另一個端蓋與所述第二端部相接觸；其中接觸第一端部的第一端蓋包含第一半導體，并且所述第一端蓋從所述一維半導體納米顆粒的第一端部延伸，形成了第一納米晶體異質結；其中接觸第二端部的第一端蓋包含第二半導體；其中該第一端蓋從所述一維半導體納米顆粒的第二端部延伸，形成了第二納米晶體異質結；以及，其中所述第一半導體和所述第二半導體化學上彼此不同。

本發明還公開了一種方法，該方法包括使半導體的第一前體與半導體的第二前體反應以形成一維半導體納米顆粒；其中，該第一一維半導體納米顆粒具有第一端部和第二端部，所述第二端部與所述第一端部相反；使半導體的第三前體與所述一維納米顆粒反應以形成所述第一端蓋，所述第一端蓋在所述第一端部處與所述一維納米顆粒相接觸以形成第一異質結；以及，使其上設置有所述第一端蓋的一維納米顆粒與半導體的第四前體反應以形成另一個第一端蓋，所述另一個第一端蓋設置在所述一維半導體納米顆粒的第二端部并形成第二異質結；其中所述第二異質結與所述第一異質結組成上不同。

本發明還公開了一種制品，該制品包括第一電極、第二電極，以及設置在所述第一電極和所述第二電極之間的包含半導體納米顆粒的層；其中，所述半導體納米顆粒包括具有第一端部和第二端部的一維半導體納米顆粒，以及分別與所述一維半導體納米顆粒的第一端部和第二端部相接觸的兩個第一端蓋；其中，所述第二端部與所述第一端部相反；其中接觸第一端部的第一端蓋包含第一半導體，并且所述第一端蓋從所述一維半導體納米顆粒的第一端部延伸，形成了第一納米晶體異質結；其中接觸第二端部的第一端蓋包含第二半導體；其中該第一端蓋從所述一維半導體納米顆粒的第二端部延伸，形成了第二納米晶體異質結；以及，其中所述第一半導體和所述第二半導體化學上彼此不同。

附圖說明

圖1(A)顯示了本發明所述的鈍化的納米晶體半導體納米顆粒；

圖1(B)顯示了本發明所述的鈍化的納米晶體半導體納米顆粒；

圖2顯示了如何通過改變納米顆粒的組成來改變（即空間調制）帶隙。在圖2中，納米顆粒包括硫化鎘(CdS)一維納米顆粒；其中所述第一端蓋為硒化鎘(CdSe)，第二端蓋為硒化鋅(ZnSe)；

圖3也顯示了如何通過改變納米顆粒的組成來改變（即空間調制）帶隙。在圖3中，所述一維納米顆粒包含硫化鎘，所述第一端蓋包含碲化鎘，所述第二端蓋包含硒化鋅；

圖4是一種示例性電致發光(EL)器件的示意圖；

圖5(A)是顯示芯-殼(CdSe/ZnS)量子點的EL光譜的圖；