[發(fā)明專利]一種CdSe量子點(diǎn)、及其制備方法和光電導(dǎo)二極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110361517.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN113150785B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄢勇;周藝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C09K11/88
• 分類號(hào): C09K11/88;C09K11/02;B82Y30/00;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮;姚望舒

本發(fā)明提供了一種一種帶有離子配體的CdSe量子點(diǎn)顆粒及其光電導(dǎo)二極管，所述帶有離子配體的CdSe量子點(diǎn)顆粒的紫外吸收第一激子激發(fā)峰的波長位置在400～700nm。本發(fā)明使用碳納米管/石墨烯復(fù)合膜和金膜作為不對(duì)稱電極，在硒化鎘量子點(diǎn)的光電導(dǎo)的基礎(chǔ)上成功地構(gòu)建了量子點(diǎn)光電導(dǎo)二極管的單層結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中，碳納米管/氧化石墨烯膜電極具有富孔結(jié)構(gòu)，可以在偏壓下捕獲自由離子，從而建立不對(duì)稱的離子和電子電荷濃度梯度，并實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱的電荷傳輸。該光電導(dǎo)二極管的構(gòu)造方法和整流機(jī)理與迄今為止報(bào)道的所有光電二極管器件都不相同。通過器件結(jié)構(gòu)和光電導(dǎo)原理的創(chuàng)新，有希望擴(kuò)大高性能半導(dǎo)體量子點(diǎn)在光電器件的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體量子點(diǎn)光電器件領(lǐng)域，涉及一種CdSe量子點(diǎn)、及其制備方法和光電導(dǎo)二極管，具體地，涉及一種帶有可移動(dòng)離子的有機(jī)配體修飾的CdSe量子點(diǎn)光電導(dǎo)二極管、其器件搭建和性能測(cè)試。

背景技術(shù)

光電探測(cè)器指的是一種可以通過光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的新型光電傳感器件，在光通信，光譜學(xué)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，化學(xué)/生物傳感領(lǐng)域中具有必不可少的廣泛應(yīng)用。近年來，In₂Te₃，ZnO和GaN等各種材料以及納米線和納米顆粒的多種納米結(jié)構(gòu)已被用于紫外波段(UV)，可見光和近紅外(NIR)領(lǐng)域的光檢測(cè)。普遍采用光電二極管，光電導(dǎo)體和光電晶體管來提高光電檢測(cè)性能。光電探測(cè)器的制備材料主要是Si、Ge、GaAs、PbS₂、 TeCdHg等半導(dǎo)體材料，其在光照激發(fā)下，電子可由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶形成光生載流子參與輸運(yùn)。然而，諸如硅、鍺等材料屬于間接帶隙半導(dǎo)體，其電子的躍遷需要聲子的參與，往往不具備高效的光生載流子產(chǎn)率；另外，高純單晶半導(dǎo)體材料的制備往往依賴于高溫外延等制造工藝，其步驟復(fù)雜且成本較高。因此，具有獨(dú)特光電性質(zhì)，同時(shí)兼?zhèn)淇扇芤杭庸?yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料，逐漸在光電二極管領(lǐng)域嶄露頭角。

半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為典型的零維半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，源于納米材料的小尺寸效應(yīng)(量子限域效應(yīng))，不同于具有固定帶隙的半導(dǎo)體，通過對(duì)尺寸的調(diào)控與設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體量子點(diǎn)光電器件往往可以實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外、可見光以及近紅外區(qū)域等多波段、寬范圍的光電探測(cè)。近年來，利用CdSe，ZnO，PbS， PbSe，HgTe等量子點(diǎn)作為光電探測(cè)器活性層的報(bào)道層出不窮。半導(dǎo)體量子點(diǎn)不僅可以作為單獨(dú)的光電傳感器件實(shí)現(xiàn)寬波段的光電信號(hào)探測(cè)，同時(shí)亦可通過與其他光電器件的耦合實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速響應(yīng)。例如，石墨烯作為無帶隙導(dǎo)體，具有極高的電子遷移率，能有效提高光電信號(hào)的響應(yīng)速度，但缺點(diǎn)是二維層狀的邊緣處會(huì)降低光的吸收。因此，Ivan等人嘗試將量子點(diǎn)光電二極管與石墨烯光電晶體管結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)近紅外及可見光區(qū)域的高效光電探測(cè)。

光電二極管的核心部件為半導(dǎo)體之間或者金屬與半導(dǎo)體之間形成的電學(xué)接觸。在特定波長的光照下，可誘導(dǎo)產(chǎn)生光生載流子，完成光能向電能的轉(zhuǎn)化，通過對(duì)光生少子的調(diào)制可有效控制器件內(nèi)的反向電流，從而實(shí)現(xiàn)電學(xué)對(duì)光學(xué)輻照信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。按照器件結(jié)構(gòu)的區(qū)分，光電二極管可分為PN型、PIN型、肖特基型以及雪崩型等四類。縱觀四類光電二極管，盡管構(gòu)建電學(xué)接觸的單元和光電響應(yīng)特性上不盡相同，然而究其本質(zhì)，其反向電流的調(diào)制以及光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換完全依賴光照下電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和分離，取決于特定波長或強(qiáng)度光照的調(diào)制及電子在體系內(nèi)的輸運(yùn)。擴(kuò)大耗盡層的區(qū)域能夠提高光電二極管的響應(yīng)速度和響應(yīng)靈敏度，同時(shí)也使得光電二極管的量子效率不能高于1(除非利用雪崩效應(yīng)或載流子倍增效應(yīng))。

同時(shí)在這里引入光電導(dǎo)體的概念，Sagent在2009年提出的光電導(dǎo)器件的原理是在光電導(dǎo)體中，一種類型的激子(比如電子)被束縛，而另一種類型的激子，如上所述即為空穴在電場(chǎng)的影響下能夠自由移動(dòng)。如果空穴的壽命超過空穴通過器件的時(shí)間，那么被俘獲的電子的長壽命將確保空穴可以通過外部電路循環(huán)多次，從而獲得增益。比起光電二極管類器件的量子效率不能高于1，光電導(dǎo)體具有高增益，因?yàn)橐环N類型的電荷載流子，比如空穴能夠在重組之前在外部電路中循環(huán)多次。帶有相反的載流子，這里指的是電子，同時(shí)保留在光電導(dǎo)體主體中。