[發(fā)明專利]一種量子點(diǎn)材料、制備方法及半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611256988.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN108269886B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊一行;劉政;錢磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: TCL集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/06
• 代理公司: 44268 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開了一種量子點(diǎn)材料、制備方法及半導(dǎo)體器件，所述量子點(diǎn)材料包含N個(gè)在徑向方向上依次排布的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元，其中N≥1；所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元為徑向方向上越向外能級(jí)寬度越寬的漸變合金組分結(jié)構(gòu)；且相鄰的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元的能級(jí)寬度是連續(xù)的。本發(fā)明提供了一種具有從內(nèi)到外沿徑向方向的漸變合金組分的新型量子點(diǎn)材料，其不僅實(shí)現(xiàn)了更高效的量子點(diǎn)材料發(fā)光效率，同時(shí)也更能滿足半導(dǎo)體器件及相應(yīng)顯示技術(shù)對(duì)量子點(diǎn)材料的綜合性能要求，是一種適合半導(dǎo)體器件及顯示技術(shù)的理想量子點(diǎn)發(fā)光材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子點(diǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種量子點(diǎn)材料、制備方法及半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

量子點(diǎn)是一種在三個(gè)維度尺寸上均被限制在納米數(shù)量級(jí)的特殊材料，這種顯著的量子限域效應(yīng)使得量子點(diǎn)具有了諸多獨(dú)特的納米性質(zhì)：發(fā)射波長連續(xù)可調(diào)、發(fā)光波長窄、吸收光譜寬、發(fā)光強(qiáng)度高、熒光壽命長以及生物相容性好等。這些特點(diǎn)使得量子點(diǎn)在平板顯示、固態(tài)照明、光伏太陽能、生物標(biāo)記等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。尤其是在平板顯示應(yīng)用方面，基于量子點(diǎn)材料的量子點(diǎn)電致發(fā)光二極管器件（Quantum dot light-emittingdiodes，QLED）借助于量子點(diǎn)納米材料的特性和優(yōu)化，已經(jīng)在顯示畫質(zhì)、器件性能、制造成本等方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。雖然近年來QLED器件在各方面的性能不斷得到提升，但無論是在器件效率還是在器件工作穩(wěn)定性等基本器件性能參數(shù)上還與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的要求有相當(dāng)?shù)牟罹啵@也大大阻礙了量子點(diǎn)電致發(fā)光顯示技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。另外，不僅限于QLED器件，在其他領(lǐng)域中，量子點(diǎn)材料相對(duì)于傳統(tǒng)材料的特性也被逐漸重視，例如光致發(fā)光器件、太陽能電池、顯示器件、光電探測(cè)器、生物探針以及非線性光學(xué)器件等等，以下僅以QLED器件為例進(jìn)行說明。

雖然量子點(diǎn)作為一種經(jīng)典的納米材料已經(jīng)被研究和開發(fā)超過30年，但是利用量子點(diǎn)的優(yōu)良發(fā)光特性并將其作為發(fā)光材料應(yīng)用在QLED器件及相應(yīng)的顯示技術(shù)中的研究時(shí)間還很短；因此目前絕大部分的QLED器件的開發(fā)和研究均是基于已有經(jīng)典結(jié)構(gòu)體系的量子點(diǎn)材料，相應(yīng)的量子點(diǎn)材料的篩選和優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)還基本是從量子點(diǎn)自身的發(fā)光性能例如量子點(diǎn)的發(fā)光峰寬、溶液量子產(chǎn)率等出發(fā)。將以上量子點(diǎn)直接應(yīng)用于QLED器件結(jié)構(gòu)中從而獲得相應(yīng)的器件性能結(jié)果。

但QLED器件及相應(yīng)的顯示技術(shù)作為一套復(fù)雜的光電器件體系，會(huì)有諸多方面的因素會(huì)影響器件的性能。單從作為核心發(fā)光層材料的量子點(diǎn)材料出發(fā)，所需權(quán)衡的量子點(diǎn)性能指標(biāo)就會(huì)復(fù)雜得多。

首先，量子點(diǎn)在QLED器件中是以量子點(diǎn)發(fā)光層固態(tài)薄膜的形式存在的，因此量子點(diǎn)材料原本在溶液中所得到的各項(xiàng)發(fā)光性能參數(shù)在形成固態(tài)薄膜后會(huì)表現(xiàn)出明顯的差異：例如在固態(tài)薄膜中發(fā)光峰波長會(huì)有不同程度的紅移（向長波長移動(dòng)）、發(fā)光峰寬度會(huì)變大、量子產(chǎn)率會(huì)有不同程度的降低，也就是說量子點(diǎn)材料在溶液中的優(yōu)良發(fā)光性能并不能完全被繼承至QLED器件的量子點(diǎn)固態(tài)薄膜中。因此在設(shè)計(jì)和優(yōu)化量子點(diǎn)材料的結(jié)構(gòu)和合成配方時(shí)，需同時(shí)考慮量子點(diǎn)材料自身的發(fā)光性能最優(yōu)化以及量子點(diǎn)材料在固態(tài)薄膜狀態(tài)下的發(fā)光性能繼承最大化。

其次，在QLED器件中量子點(diǎn)材料的發(fā)光是通過電致激發(fā)來實(shí)現(xiàn)的，即分別從QLED器件的陽極和陰極通電注入空穴和電子，空穴和電子通過QLED器件中相應(yīng)功能層的傳輸在量子點(diǎn)發(fā)光層復(fù)合后，通過輻射躍遷的方式發(fā)射光子即實(shí)現(xiàn)發(fā)光。從以上過程可以看出，量子點(diǎn)自身的發(fā)光性能例如發(fā)光效率只是影響上述過程中輻射躍遷的效率，而QLED器件的整體發(fā)光效率還會(huì)同時(shí)受到上述過程中空穴和電子在量子點(diǎn)材料中的電荷注入和傳輸效率、空穴和電子在量子點(diǎn)材料中的相對(duì)電荷平衡、空穴和電子在量子點(diǎn)材料中的復(fù)合區(qū)域等的影響。因此在設(shè)計(jì)和優(yōu)化量子點(diǎn)材料的結(jié)構(gòu)尤其是量子點(diǎn)的精細(xì)核殼納米結(jié)構(gòu)時(shí)，還需重點(diǎn)考慮量子點(diǎn)形成固態(tài)薄膜以后的電學(xué)性能：例如量子點(diǎn)的電荷注入和傳導(dǎo)性能、量子點(diǎn)的精細(xì)能帶結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)的激子壽命等。