[發明專利]一種基于光熱效應的可控量子點陣列制備方法

有效

• 申請號: 201711297406.0
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107993923B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 毛遂;唐建國;劉繼憲;李海東;朱志軍
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種基于光熱效應的可控量子點陣列制備方法，該方法是以金屬或合金納米顆粒陣列作為模板，通過光源引發的局部表面等離激元熱效應控制量子點前驅體的反應條件，從而控制其制備位點，尺寸和成核密度，該方法主要包括基片表面預處理、表面金屬薄膜淀積、金屬納米顆粒陣列制備、保護層淀積、量子點生長和基片后清洗處理六個步驟，實現了使用化學合成方法制備大面積、低成本的量子點陣列。本方法可以與半導體加工工藝相結合，其制備的量子點陣列可應用于量子點激光器，單光子光源，太陽能電池，高效發光二極管，存儲器等器件的加工制造中。

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域，尤其涉及一種基于光熱效應的可控量子點陣列制備方法。

背景技術

量子點是一種納米級別的材料，由于量子尺寸效應的影響，量子點能夠展現與本體材料不同的物理性質。半導體量子點一般由II-VI族或者III-V族元素組成，其粒徑大小一般在1～10nm之間，由于受電子空穴量子限域效應的影響影響，量子點通常具有分立的能帶結構，且發光波長并可通過尺寸進行調控。生長控制精確的量子點陣列，是現今很多高性能光學器件中的研究重點。包括量子點激光器，單光子光源，高效發光二極管，敏化太陽能電池以及平面顯示領域在內的各個科研領域內，對量子點陣列的密度，成核位置，尺寸和形狀均勻性提出了極高的性能要求。目前，高度均勻有序的量子點陣列制備主要依靠圖形化襯底模板和S-K生長模式相結合的方式，利用分子束外延生長或化學氣相淀積的外延生長自組裝制備。此項技術已被應用于III-V族半導體材料的量子點陣列的制備，但是由于其設備需要超高真空以及光刻工藝，使其制備無法兼顧成本和效果兩個因素。

化學合成是一種廉價制備半導體量子點的方法，其工藝流程簡單，能夠以極低的成本大面積制備量子點，從而彌補外延生長制備成本高的缺陷，是一種最為適合大規模工業化的量子點制備方法。但是在量子點陣列的制備中，化學合成方法對于量子點制備位點和成核位置的控制難度較大，使得化學合成的量子點制備在實際應用中受到了極大的局限，也是量子點陣列大面積、低成本可控合成中具有挑戰性又亟待解決的難題。

發明內容

有鑒于現有技術中對量子點制備位點控制不足的問題，本發明提出了一種基于光熱效應的可控量子點陣列制備方法，實現在表面對量子點生長條件的控制，進而對量子點陣列的制備位點和成核位置實現精確控制。本方法適合在半導體，氧化物基片上大規模制備精確控制的量子點陣列。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于光熱效應的可控量子點陣列制備方法。具體技術方案如下：

一種基于光熱效應的可控量子點陣列制備方法，包括如下步驟：

步驟一，基片表面預處理：選擇確定基片材料，并對所述基片材料進行表面清潔，按照表面清潔的標準工藝對基片表面清潔，并進行等離子清洗預處理，所述基片材料為半導體、氧化物或高分子聚合物材料。

步驟二，表面金屬薄膜淀積：使用物理氣相淀積法制備金屬薄膜，所述金屬薄膜的厚度為0.5～200nm，所述金屬薄膜成分由Au、Ag、Cu、Al、In、Pt和Pd中的任一種或幾種組成，所述物理氣相淀積法中的淀積為濺射淀積、脈沖激光淀積和蒸鍍淀積的任一種。

步驟三，金屬納米顆粒陣列制備：將所述金屬薄膜在真空條件或保護氣氛下進行退火處理，使其自組裝生長為納米顆粒陣列，制備金屬納米顆粒陣列，所述金屬納米顆粒陣列可通過光刻方法制備，代替所述退火處理，粒徑和表面分布更加均勻。

步驟四，保護層淀積：在所述金屬納米顆粒陣列之上進行淀積或氧化生長保護層，所述保護層為氧化物或氮化物，所述保護層厚度為0.1～100nm，對于某些情況的量子點陣列可以不使用。對于氧化物保護層，當金屬為Al、In等易氧化金屬的時候，也可進行氧化處理得到。氧化層可根據應用需要，調整為半導體薄膜層，有機物層或不進行淀積。