[發明專利]具有量子阱能級結構的合金材料、制備方法及半導體器件

有效

• 申請號: 201611259516.3
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108269892B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 楊一行;劉政;錢磊;程陸玲
• 申請（專利權）人: TCL科技集團股份有限公司
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/00;H01L33/26
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開具有量子阱能級結構的合金材料、制備方法及QLED，所述合金材料包含N個在徑向方向上依次排布的結構單元，其中N≥1；所述結構單元為徑向方向上越向外能級寬度越寬的漸變合金組分結構；相鄰的結構單元的能級寬度是不連續的。本發明提供了一種具有從內到外沿徑向方向的突變合金組分的新型合金材料，其不僅實現了更高效的發光效率，同時也更能滿足QLED器件及相應顯示技術對合金材料的綜合性能要求，是一種適合QLED器件及顯示技術的理想合金材料。

技術領域

本發明涉及量子點領域，尤其涉及具有量子阱能級結構的合金材料、制備方法及半導體器件。

背景技術

量子點是一種在三個維度尺寸上均被限制在納米數量級的特殊材料，這種顯著的量子限域效應使得量子點具有了諸多獨特的納米性質：發射波長連續可調、發光波長窄、吸收光譜寬、發光強度高、熒光壽命長以及生物相容性好等。這些特點使得量子點在平板顯示、固態照明、光伏太陽能、生物標記等領域均具有廣泛的應用前景。尤其是在平板顯示應用方面，基于量子點材料的量子點電致發光二極管器件（Quantum dot light-emittingdiodes，QLED）借助于量子點納米材料的特性和優化，已經在顯示畫質、器件性能、制造成本等方面展現出了巨大的潛力。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定性等基本器件性能參數上還與產業化應用的要求有相當的差距，這也大大阻礙了量子點電致發光顯示技術的發展和應用。另外，不僅限于QLED器件，在其他領域中，量子點材料相對于傳統材料的特性也被逐漸重視，例如光致發光器件、太陽能電池、顯示器件、光電探測器、生物探針以及非線性光學器件等等，以下僅以QLED器件為例進行說明。

雖然量子點作為一種經典的納米材料已經被研究和開發超過30年，但是利用量子點的優良發光特性并將其作為發光材料應用在QLED器件及相應的顯示技術中的研究時間還很短；因此目前絕大部分的QLED器件的開發和研究均是基于已有經典結構體系的量子點材料，相應的量子點材料的篩選和優化的標準還基本是從量子點自身的發光性能例如量子點的發光峰寬、溶液量子產率等出發。將以上量子點直接應用于QLED器件結構中從而獲得相應的器件性能結果。

但QLED器件及相應的顯示技術作為一套復雜的光電器件體系，會有諸多方面的因素會影響器件的性能。單從作為核心發光層材料的量子點材料出發，所需權衡的量子點性能指標就會復雜得多。

首先，量子點在QLED器件中是以量子點發光層固態薄膜的形式存在的，因此量子點材料原本在溶液中所得到的各項發光性能參數在形成固態薄膜后會表現出明顯的差異：例如在固態薄膜中發光峰波長會有不同程度的紅移（向長波長移動）、發光峰寬度會變大、量子產率會有不同程度的降低，也就是說量子點材料在溶液中的優良發光性能并不能完全被繼承至QLED器件的量子點固態薄膜中。因此在設計和優化量子點材料的結構和合成配方時，需同時考慮量子點材料自身的發光性能最優化以及量子點材料在固態薄膜狀態下的發光性能繼承最大化。

其次，在QLED器件中量子點材料的發光是通過電致激發來實現的，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器件中相應功能層的傳輸在量子點發光層復合后，通過輻射躍遷的方式發射光子即實現發光。從以上過程可以看出，量子點自身的發光性能例如發光效率只是影響上述過程中輻射躍遷的效率，而QLED器件的整體發光效率還會同時受到上述過程中空穴和電子在量子點材料中的電荷注入和傳輸效率、空穴和電子在量子點材料中的相對電荷平衡、空穴和電子在量子點材料中的復合區域等的影響。因此在設計和優化量子點材料的結構尤其是量子點的精細核殼納米結構時，還需重點考慮量子點形成固態薄膜以后的電學性能：例如量子點的電荷注入和傳導性能、量子點的精細能帶結構、量子點的激子壽命等。

最后，考慮到QLED器件及相應顯示技術未來將通過極具生產成本優勢的溶液法例如噴墨打印法進行制備，因此量子點的材料設計和開發需要考慮量子點溶液的加工性能，例如量子點溶液或打印墨水的可分散溶解性、膠體穩定性、打印成膜性等。同時，量子點材料的開發還要與QLED器件其他功能層材料以及器件的整體制備工藝流程和要求作協同。