[發明專利]一種摻雜過渡金屬元素的量子點ZnS摻雜能級可見光發光的增強方法

有效

• 申請號: 201711374786.3
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108155275B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 畢崗;翟繼志;陸開誠;郭觀星;陳浩
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/28;H01L33/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種摻雜過渡金屬元素的量子點ZnS摻雜能級可見光發光的增強方法，包括用溶膠?凝膠法制備ZnS摻雜Mn量子點；用真空蒸鍍技術在Si片上蒸鍍一層金屬納米結構；用電子束刻蝕法制備具有兩個領結型的Ti/Ag納米結構；通過氣相蒸法，在金屬納米材料表面沉積一層SiO₂材料，厚度為2?3nm；將準備的ZnS量子點旋涂在納米島狀薄膜結構的表面。本發明的有益效果是：在實驗上，制備了摻雜Mn元素的ZnS量子點，通過對納米金屬的尺寸、形狀以及顆粒間的相對位置的調控，使得其消光光譜與ZnS量子點摻雜能級處于最強共振耦合作用；通過對金屬島狀薄膜進行退火處理，在120℃和30分鐘時間的退火，獲得了金屬納米顆粒的等離子體共振引起的ZnS摻雜能級的發光最強。

技術領域

本發明涉及納米金屬結構和量子點組成的復合結構熒光發光，屬于納米半導體材料發光和等離子體共振增強領域。

背景技術

納米半導體材料在光電和電光轉換方面具有獨特的優勢，這種材料學術上被稱為量子點。通過調節量子點的形狀和大小使得其帶隙達到器件的要求。在量子點中摻雜各種元素也能實現量子點的光譜調諧作用，如Michael研究了ZnS納米晶體的低濃度過渡金屬(Mn²⁺，Cu²⁺，Ni²⁺)摻雜實現了可見光的發光，但與本征發光（紫外發光）相比，摻雜能級的發光相對比較弱。目前為止，人們采用了很多方法來調節量子點和體材料發光，通過表面鈍化、增加過渡金屬的摻雜濃度、增加殼層、控制量子點顆粒均勻性等等。這些方法盡管在發光的光譜調諧方面具有一定的作用，但發光增強的效果不明顯。

近年來，局域表面等離子體的研究越來越受到重視。在很多領域展現了獨特的物理和化學特性，人們已經跟利用其特性開展了光電子器件的研究。在光譜研究方面已有“表面等離子體光譜學”這樣的概念。金屬納米粒子對熒光的增強效應不僅可以應用在光電子器件和激光器上，還可以應用在生物傳感等方面，如用金屬納米粒子對熒光的增強效應來提高熒光分子的熒光強度。表面等離子體增強效應的研究已經由對最初的幾個個別光譜增強現象的描述，逐漸演化成為一個內容豐富的新興學科。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種摻雜過渡金屬元素的量子點ZnS摻雜能級可見光發光的增強方法。

一種摻雜過渡金屬元素的量子點ZnS摻雜能級可見光發光的增強方法，包括如下步驟：

1）用溶膠-凝膠法制備ZnS摻雜Mn量子點；

2）用真空蒸鍍技術在Si片上蒸鍍一層納米金屬島薄膜；

3）通過氣相蒸法，在納米金屬島薄膜表面沉積一層SiO₂材料，厚度為2-3nm；

4）將準備的ZnS量子點旋涂在納米金屬島薄膜結構的表面。

步驟1）具體包括：制備一定直徑的ZnS:Mn ，Mn²⁺與Zn²⁺摩爾比為0.01的量子點；通過調節Mn²⁺與Zn²⁺摩爾比控制摻雜濃度；首先將5ml 濃度為1M的Zn(CH₃COO)₂﹒2H₂O放置在三口燒瓶中，加入0.55g的PVP，溶解并持續攪拌，然后加入5ml濃度為0.01M的Mn(CH3COO)₂﹒2H₂O，完全溶解，緩慢滴加5ml 濃度為0.85M的Na₂S溶液，形成白色沉淀，持續攪拌4h；最后，將得到的白色懸濁液在3500r/min離心10min，沉淀用去離子水清洗兩次，置于異丙醇中備用。

步驟3）具體包括：