專(zhuān)利名稱(chēng)：具有可見(jiàn)光和近紅外發(fā)光發(fā)射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種白光和近紅外波段電致發(fā)光及能產(chǎn)生激光的量子點(diǎn)器件結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
由于量子尺寸效應(yīng)，控制量子點(diǎn)的大小就能控制量子點(diǎn)的發(fā)光波長(zhǎng)，并且量子點(diǎn)發(fā)出的光單色性好、量子效率高、發(fā)光波長(zhǎng)幾乎可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域，因此有望被大量用于平板顯示技術(shù)和太陽(yáng)電池中。20世紀(jì)90年代以來(lái)，對(duì)量子點(diǎn)白光器件做了大量研究，以往量子點(diǎn)白光器件的研究，都是由有機(jī)材料或者有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料混合組成的量子點(diǎn)白光器件，或者以其它熒光材料激發(fā)量子點(diǎn)發(fā)白光。有機(jī)材料的使用使得器件的穩(wěn)定性和壽命存在問(wèn)題。全無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的器件穩(wěn)定性更高，對(duì)全部由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的單一尺寸量子點(diǎn)自身發(fā)白光和近紅外發(fā)光器件并沒(méi)有什么進(jìn)展。我們利用CdSe量子點(diǎn)的表面態(tài)發(fā)光特性，采用直接帶隙并且禁帶寬度相對(duì)較小的ZnS作為絕緣層，使其很窄的光致發(fā)光區(qū)間變成發(fā)光范圍從可見(jiàn)光區(qū)一直延伸到近紅外區(qū).其EL譜展現(xiàn)出白光和近紅外性質(zhì)，其發(fā)光波長(zhǎng)在450-850nm之間，顯示了無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的量子點(diǎn)器件在LED白光照明鄰域可能具有的應(yīng)用前景。其近紅外發(fā)光區(qū)域，在醫(yī)學(xué)疾病治療、紅外探傷和在軍事上也有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的發(fā)光元件的構(gòu)成類(lèi)似的現(xiàn)有技術(shù)已被公開(kāi)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1 =200780020667. 6 ；專(zhuān)利文獻(xiàn)2 =200610130058. 3)，專(zhuān)利文獻(xiàn)1僅提供了單一尺寸量子點(diǎn)的EL器件，并且開(kāi)啟電壓較高，制作工藝較復(fù)雜，本發(fā)明的制作工藝更加簡(jiǎn)單，所用的量子點(diǎn)沒(méi)有殼層結(jié)構(gòu)，并不形成多晶，本發(fā)明能使PL譜為單一尺寸的量子點(diǎn)在近紅外和可見(jiàn)光區(qū)都有光譜響應(yīng)，能產(chǎn)生白光和近紅外光，器件的開(kāi)啟電壓更低， 且器件多了諧振腔結(jié)構(gòu)，使得我們的結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生激光。專(zhuān)利文獻(xiàn)2提供了白光發(fā)光的量子點(diǎn)器件，但需要三種尺寸量子點(diǎn)，本發(fā)明用單種量子點(diǎn)就能實(shí)現(xiàn)全色顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處所作的改進(jìn)，在ITO襯底上生長(zhǎng)一層ZnS，滴上一層CdSe量子點(diǎn)，然后再生長(zhǎng)一層ZnS，再鍍上Al電極構(gòu)成一種在可見(jiàn)光和近紅外波段發(fā)光及激光器件。本發(fā)明提供了一種ITO/ZnS/CdSe/ZnS結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)光和近紅外波段結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)，包括沉積在襯底上的ZnS薄膜，和旋涂在器件上的CdSe量子點(diǎn)，鍍上的Al電極，電極上引出金線，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下本發(fā)明是一種具有可見(jiàn)光和近紅外發(fā)光發(fā)射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法，以ITO為襯底，在其上生長(zhǎng)ZnS絕緣層，在ZnS上旋涂膠質(zhì)CdSe量子點(diǎn)，然后再生長(zhǎng)第二層ZnS絕緣層，沉積金屬電極，光刻形成表面發(fā)射器件圖形，然后在圖形電極上封裝引出導(dǎo)線，形成了量子點(diǎn)發(fā)光器件。
本發(fā)明的具體步驟是(1)采用 ITO 基底；(2)用蒸發(fā)技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)生長(zhǎng)第一層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm ；(3)在ZnS薄膜上旋涂CdSe量子點(diǎn)，厚度為IOO-IOOOnm ；(4)用蒸發(fā)技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)生長(zhǎng)第二層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm ；(5)用蒸發(fā)技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)沉積金屬薄膜電極，可以是Al，In, Au/Ti等；(6)光刻形成電致發(fā)光器件圖形；(7)鍵合方法或?qū)щ娔z方法引出金屬引線，封裝后測(cè)試。本發(fā)明所述的量子點(diǎn)厚度可以調(diào)整，使激光器的腔長(zhǎng)可以改變。本發(fā)明所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法所制得的結(jié)構(gòu)，發(fā)光波長(zhǎng)在 450-850nm之間，利用量子點(diǎn)的表面缺陷態(tài)能級(jí)獲得發(fā)光；利用電激勵(lì)使量子點(diǎn)的表面缺陷態(tài)能級(jí)反轉(zhuǎn)能產(chǎn)生激光，激光的峰值可由腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明可以作為L(zhǎng)ED照明使用或作為電致激光器件使用。本發(fā)明所述的CdSe量子點(diǎn)為非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中熱注入法合成。非專(zhuān)利文獻(xiàn)1 杜凌霄，胡煉，張兵坡，等·物理學(xué)報(bào)，60(11), 117803 (2011)本發(fā)明的有益效果是在室溫下，用PL譜一種尺寸的CdSe量子點(diǎn)就能制作出電致白光發(fā)光和近紅外發(fā)光的器件，發(fā)光波長(zhǎng)區(qū)間很廣，制作方法簡(jiǎn)單，開(kāi)啟電壓相對(duì)較低， 在較高偏壓時(shí)還能產(chǎn)生激光。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；圖3為不同電壓下ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子點(diǎn)白光器件的發(fā)光譜線和CdSe量子點(diǎn)的PL譜的比較示意圖；圖4為ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子點(diǎn)器件的激射示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明(I)ITO基底的準(zhǔn)備。ITO基底由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)，ITO的厚度為60nm，在生長(zhǎng)前要經(jīng)過(guò)清洗和除氣。(2)熱蒸發(fā)生長(zhǎng)第一層ZnS薄膜。在室溫條件下生長(zhǎng)ZnS薄膜，其厚度為150nm，生長(zhǎng)氣壓為4X 10_3Pa。(3)旋涂CdSe量子點(diǎn)，其厚度為500nm，讓其自然風(fēng)干。(4)熱蒸發(fā)生長(zhǎng)第二層ZnS薄膜。在室溫條件下生長(zhǎng)ZnS薄膜，其厚度為150nm，生長(zhǎng)氣壓為4X10_3Pa。(5)熱蒸發(fā)鍍Al電極。在室溫下生長(zhǎng)200nm的Al薄膜，作為電極層。(6)光刻形成電致發(fā)光器件圖形。(7)引出電極引線(金線或鋁線)。
用導(dǎo)電銀膠把金線固定在Al電極上，并在120°C的烘箱內(nèi)烘15min，使導(dǎo)電銀膠凝固。(8)把器件裝入杜瓦瓶進(jìn)行測(cè)試。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的截面示意圖；可以看出器件的結(jié)構(gòu)從下往上依此為Glass基底、ITO 膜、ZnS 膜、CdSe QDs、ZnS 膜、Al 膜。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；左側(cè)可以看到ZnS上生長(zhǎng)的Al電極，右側(cè)為 ITO膜上生長(zhǎng)Al電極。圖3為不同電壓下ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子點(diǎn)白光器件的發(fā)光譜線和CdSe量子點(diǎn)的PL譜的比較示意圖；左上插圖為器件中的PL譜線，可以看到器件的PL譜的峰位位于622nm，從EL譜可以看出器件的電致發(fā)光波長(zhǎng)約在450-850nm之間，峰值在800nm左右， 其光子的能量約為1.55eV左右。對(duì)比器件結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光譜，可以確定器件發(fā)光均源自 CdSe量子點(diǎn)。與CdSe量子點(diǎn)的PL譜比較，我們發(fā)現(xiàn)兩者的形狀并不一樣(1)兩者的發(fā)光區(qū)間和峰值并不一樣，EL譜主要集中在紅光區(qū)和近紅外區(qū)；(2) EL譜的半高寬比PL譜的寬得多，EL譜的半高寬隨電壓不同在130nm至210nm之間變化。EL譜在整個(gè)可見(jiàn)光波段和近紅外波段都有發(fā)光。通過(guò)對(duì)EL譜的擬合得到它是由多個(gè)缺陷能級(jí)產(chǎn)生的譜線所疊加而成， 故而有較大的峰寬。圖4為ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子點(diǎn)器件的激射示意圖；根據(jù)激光原理，腔長(zhǎng)一定的諧振腔只對(duì)頻率滿(mǎn)足ν = qc/2nl的波長(zhǎng)提供正反饋，使之震蕩，其中ν為頻率，q為整數(shù)， c為光速，η為折射率，1為腔長(zhǎng)。諧振腔內(nèi)能產(chǎn)生增益的相連兩條光線的頻率間隔為Δ ν =c/2nl。從圖4中看出在某一波長(zhǎng)附近，頻率(能量)間隔是相等的或是倍數(shù)關(guān)系。諸如 551nm、554nm、557nm 這組能量間隔分別為 0. 012187eV、0. 012055eV，623nm、627nm、635nm 這一組能量間隔分別為為 0. 012698eV、0. 024916eV，還有 702nm、708nm、715 (714)nm 這一組， 能量間隔都是倍數(shù)關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種具有可見(jiàn)光和近紅外發(fā)光發(fā)射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征是以ITO為襯底，在其上生長(zhǎng)ZnS絕緣層，在ZnS上旋涂膠質(zhì)CdSe量子點(diǎn)，再生長(zhǎng)第二層ZnS絕緣層，沉積金屬電極，光刻形成表面發(fā)射器件圖形，在圖形電極上封裝引出導(dǎo)線，形成了量子點(diǎn)發(fā)光器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法，具體步驟是(1)采用ITO基底；(2)用蒸發(fā)技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)生長(zhǎng)第一層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm；(3)在ZnS薄膜上旋涂CdSe量子點(diǎn)，厚度為IOO-IOOOnm；(4)用蒸發(fā)技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)生長(zhǎng)第二層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm；(5)用蒸發(fā)技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)沉積金屬薄膜電極，可以是Al，In,Au/Ti等；(6)光刻形成電致發(fā)光器件圖形；(7)鍵合方法或?qū)щ娔z方法弓丨出金屬引線，封裝后測(cè)試。
3.權(quán)利要求2所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述的量子點(diǎn)的厚度可以調(diào)整，使激光器的腔長(zhǎng)可以改變。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法所制得的結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長(zhǎng)在450-850nm之間，利用量子點(diǎn)的表面缺陷態(tài)能級(jí)獲得發(fā)光；利用電激勵(lì)使量子點(diǎn)的表面缺陷態(tài)能級(jí)反轉(zhuǎn)能產(chǎn)生激光，激光的峰值可由腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)，其特征在于，其可以作為L(zhǎng)ED照明使用或作為電致激光器件使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用單一尺寸量子點(diǎn)制備在可見(jiàn)光和近紅外波段發(fā)光及能產(chǎn)生激光的器件結(jié)構(gòu)及其制備方法，它以ITO為襯底，在襯底上生長(zhǎng)ZnS，然后在ZnS薄膜上旋涂CdSe膠質(zhì)量子點(diǎn)，再在量子點(diǎn)上生長(zhǎng)ZnS薄膜和金屬電極，通過(guò)光刻形成器件圖形，最后封裝在金屬電極上引出導(dǎo)線。器件結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長(zhǎng)位于450-850nm之間，基于量子點(diǎn)的表面缺陷態(tài)可以獲得可見(jiàn)光和近紅外光的發(fā)射，利用電激勵(lì)使表面缺陷態(tài)能級(jí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得激光，它可用于LED白光照明和激光器件等。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102509757SQ20111045617
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者吳惠楨, 樓騰剛, 胡煉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)