[發明專利]一種III?V族量子點誘導生長鈣鈦礦晶體的方法

有效

• 申請號: 201710442213.3
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107287656B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 唐江;劉婧;牛廣達;王沖
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B19/00;C09K11/74;C09K11/72
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 許恒恒,李智

技術領域

本發明屬于半導體制造和化學合成技術領域，更具體地，涉及一種III-V族量子點誘導生長鈣鈦礦晶體的方法。

背景技術

異質外延結構的半導體晶體，是電致激光器、太陽能電池、發光二極管等多重器件的基礎，在多個領域受到廣泛的關注。異質結構的生長使得性能互補的材料形成界面，從而使復合材料擁有特殊的優異性能。并且可以通過選擇異質相的電子能帶的組合實現對固態器件的控制。而量子點具有量子可調的熒光發射，窄而對稱的熒光發射光譜，極好的光學穩定性等優良性能。

目前，已有文獻報道了關于PbS量子點鈣鈦礦單晶的外延生長，PbS量子點可與鉛鈣鈦礦良好的結合，且晶格匹配程度較高，利于量子點與鈣鈦礦材料的結合。這種復合材料可應用于紅外探測領域，拓展了鈣鈦礦材料的光譜范圍提高了量子點的效率。

在III-V族量子點外延生長鈣鈦礦單晶，不僅可以有效的鈍化量子點，還可以通過調節異質相間的能帶位置實現窄帶探測和發光。同時，鈣鈦礦具有較高的離子遷移率可以為量子點傳輸電子，調高量子點的發光效率。

這種可調且性能優異的III-V族量子點-鈣鈦礦復合材料在LED、激光器、光電探測等方面都有良好的應用前景。但III-V族量子點表面In、As、P等原子不能直接用鉛鹵無機鹽做配體，無法直接在表面外延生長。且使用傳統的升溫或降溫長晶的方法時，較復雜的溫度環境易破壞量子點的結構或使其發生團聚失效，且保持較低溫度使晶體生長速度緩慢，較難長出質量較好的外延單晶材料。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種III-V族量子點誘導生長鈣鈦礦晶體的方法，其中通過對其關鍵III-V族量子點異質外延生長界面配體的種類和結構等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決III-V族量子點無法與Pb、X鹵族元素相鍵合的問題，并且，本發明利用反溶劑法進行晶體生長，工藝可控，操作簡單，能夠在常溫下即進行量子點外延生長鈣鈦礦(MAPbX₃)單晶。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種III-V族量子點誘導生長鈣鈦礦晶體的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將III-V族量子點分散于非極性溶劑中得到量子點溶液，并將無機配體溶解于極性溶劑中得到無機配體分散液，所述非極性溶劑與所述極性溶劑兩者互不相溶；接著，將所述量子點溶液與所述無機配體分散液混合攪拌進行配體交換，然后靜置使混合物分層，待所述量子點被交換至所述極性溶劑所在層中后，移除所述非極性溶劑所在層，余下的所述極性溶劑所在層即對應第一前驅體溶液；

所述無機配體在所述極性溶劑中的溶解度高于該無機配體在所述非極性溶劑中的溶解度；

(2)將PbX₂與MAX均勻分散于極性溶劑中得到第二前驅體溶液，其中MA為甲胺根陽離子(CH₃NH₃)⁺，X為鹵族元素；

(3)將所述步驟(1)得到的所述第一前驅體溶液與所述步驟(2)得到的所述第二前驅體溶液混合后利用反溶劑法生長晶體，從而在所述III-V族量子點上外延誘導生長得到MAPbX₃鈣鈦礦晶體。

作為本發明的進一步優選，所述步驟(1)中，所述III-V族量子點為InAs量子點、以及InP量子點中的至少一種；

所述步驟(2)中，所述無機配體包括InX₃、Na₂S和K₂S中的至少一種；其中X為鹵族元素，為Cl、Br、以及I中的任意一種。

作為本發明的進一步優選，所述步驟(1)得到的所述第一前驅體溶液還經過清洗處理，所述清洗處理是向所述極性溶劑所在層中繼續添加所述非極性溶劑，混合攪拌，接著靜置使混合物分層，然后移除所述非極性溶劑所在層，余下的所述極性溶劑所在層即為清洗后的第一前驅體溶液；優選的，所述清洗處理為重復多次。

作為本發明的進一步優選，所述步驟(3)中，所述利用反溶劑法生長晶體具體是將所述第一前驅體溶液與所述第二前驅體溶液混合后得到的混合前驅體溶液置于密封容器中，所述密封容器內還含有反溶劑，接著將該密封容器整體在20℃-28℃的溫度下靜置從而生長晶體；所述反溶劑為二氯甲烷；優選的，所述混合前驅體溶液與所述反溶劑之間通過小孔進行擴散。