專利名稱：一種無機量子點近紅外光致發(fā)光器件及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子半導體元器件技術領域，特別涉及一種無機量子點近紅外光致發(fā)光器件及其制備方法。
背景技術：
當納米材料的特征尺寸在三個維度上都小于相應體材料的激子波爾半徑時，其電子在三個維度的運動就會受到不同程度的限制，即電子運動的能量在三個維度上都處于量子化，此類納米材料也被稱作量子點。量子點由于尺寸效應和介電限域效應，表現(xiàn)出獨特的發(fā)光特性，具有較高的發(fā)光效率，激發(fā)光波長范圍寬，并且可以通過改變量子點的尺寸來調(diào)控發(fā)射光譜的位置。
光致發(fā)光是指用光激發(fā)發(fā)光體引起發(fā)光的現(xiàn)象。量子點由于受到量子尺寸效應的影響，原來準連續(xù)的能級結構變成了不連續(xù)的分立能級，一束光照射到量子點上時，量子點材料吸收光子，低能級的電子躍遷到高能級，在高能級上的電子處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，經(jīng)過短暫的時間后會躍遷回到低能級，躍遷產(chǎn)生的能量以光子的形式釋放出來，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。整個光致發(fā)光的過程分為吸收，激發(fā)，能量傳遞以及光發(fā)射四個步驟。因此制備無機量子點薄膜，并通過光致發(fā)光激發(fā)無機量子點，可得到近紅外區(qū)域的光發(fā)射。
近紅外是人們最早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域，近紅外光光散射效應大，穿透深度大，被吸收的光強很小，而且其波長短，因而不被玻璃或石英介質(zhì)所吸收。由于這些特性，近紅外光源在生物檢測、光通信和軍事應用等方面有著巨大潛能，因此研制近紅外發(fā)光器件具有非常的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上分析，提供一種無機量子點近紅外光致發(fā)光器件及制備方法，該發(fā)光器件的發(fā)光效率高、光譜單色性好、光學穩(wěn)定性高；發(fā)光層采用旋涂工藝制備， 簡化了制備工藝，降低了器件成本。
本發(fā)明技術方案
—種無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，由發(fā)光層A、透明襯底、陽極電極層、發(fā)光層 B和陰極電極層依次堆疊構成，發(fā)光層A和發(fā)光層B為單層無機量子點薄膜，陽極層為透明導電金屬氧化物，陰極電極層為導電金屬。
所述發(fā)光層A和發(fā)光層B為單層無機量子點薄膜。
所述光發(fā)光層A的無機量子點薄膜為非化學質(zhì)量比的無機量子點硫化鉛I^bS量子點、硫化二銀Ag2S量子點或硒化鉛1 量子點，所述量子點顆粒直徑小于4納米。
所述發(fā)光層B的無機量子點薄膜為非化學質(zhì)量比的無機量子點硫化鋅ZnS量子點、氧化鋅ZnO量子點或硫化鎘CdS量子點，所述量子點顆粒直徑小于4納米。
所述陽極電極層為透明導電金屬氧化銦錫ΙΤ0。
所述陰極電極層為導電金屬鋁Al或鎂Mg。
一種所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件的制備方法，步驟如下
1)將設有透明襯底的陽極層用超純水進行超聲清洗10-15分鐘，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干2-3小時，烘干溫度為120-140°c ；
2)將發(fā)光層B所用量子點材料溶于丙酮溶液，并用超聲設備使量子點在丙酮溶液中充分分散，其中量子點在丙酮溶液中的濃度為1. 5-3毫克/毫升；
3)用勻膠機在處理之后的陽極電極層上旋涂一層上述量子點丙酮溶液作為發(fā)光層B，勻膠速度為每分鐘500-1000轉，時間為4-10秒，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干5-6小時，烘干溫度為100-120°C ；
4)用真空熱蒸發(fā)法制備陰極電極層，在真空度達到9X10—4帕斯卡時將陰極電極層蒸鍍在發(fā)光層B上，蒸鍍速度控制在1-3納米/秒；
5)將發(fā)光層A所用量子點材料溶于氯仿溶液，并用超聲設備使量子點在氯仿溶液中充分分散，其中量子點在氯仿溶液中的濃度為1.5-3毫克/毫升；
6)用勻膠機在襯底的另一側旋涂一層上述量子點氯仿溶液作為發(fā)光層A，勻膠速度為每分鐘500-1000轉，時間為4-10秒，然后在鼓風干燥箱中烘干20-30小時，烘干溫度為 70-90 0C ο
本發(fā)明工作原理
本發(fā)明的無機量子點近紅外光致發(fā)光器件中，發(fā)光層B的無機量子點的電致發(fā)光譜與發(fā)光層A的無機量子點光致發(fā)光激發(fā)光譜相互重疊，發(fā)光層A的無機量子點的光致發(fā)光譜位于近紅外區(qū)域。當對器件施加正向偏壓的情況下，從陽極電極層注入的空穴，與從陰極電極層注入的電子，在發(fā)光層B中復合發(fā)射出光，發(fā)射出的光由襯底上附有發(fā)光層A的一側發(fā)射出，并激發(fā)發(fā)光層A，發(fā)射出近紅外光。
本發(fā)明的優(yōu)點
由本發(fā)明制備的無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，采用無機量子點作為發(fā)光層， 實現(xiàn)了近紅外光發(fā)射，器件的發(fā)光效率高、光譜單色性好、光學穩(wěn)定性高；發(fā)光層采用旋涂工藝制備，簡化了制備工藝，降低了器件生產(chǎn)成本。


圖1為無機量子點近紅外光致發(fā)光器件結構示意圖。
圖中1.發(fā)光層A 2.襯底3.陽極電極層4.發(fā)光層B 5.陰極電極層
圖2為該無機量子點近紅外光致發(fā)光器件發(fā)光層A所用無機量子點的光致發(fā)光激發(fā)光譜和發(fā)光層B電致發(fā)光發(fā)射光譜。
圖3為該無機量子點近紅外光致發(fā)光器件的發(fā)光光譜圖。
具體實施方式
實施例1
一種所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件的制備方法，步驟如下
1)將設有玻璃透明襯底的陽極層氧化銦錫ITO用超純水進行超聲清洗10分鐘，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干2小時，烘干溫度為120°C ；
2)將ZnS量子點材料溶于丙酮溶液，并用超聲設備使量子點在丙酮溶液中充分分散，其中量子點在丙酮溶液中的濃度為1. 5毫克/毫升；
3)用勻膠機在處理之后的陽極電極層上旋涂一層上述量子點丙酮溶液作為發(fā)光層B，勻膠速度為每分鐘500轉，時間為10秒，旋涂之后放在真空干燥箱中烘干，烘干條件為在0. 1個大氣壓下烘干5小時，烘干溫度為120°C ；
4)用真空熱蒸發(fā)法制備陰極電極層鋁Al，在真空度達到9X10_4帕斯卡時將陰極電極層蒸鍍在發(fā)光層B上，速度控制在1. 5納米/秒；
5)將PbS量子點材料溶于氯仿溶液，并用超聲設備使量子點在氯仿溶液中充分分散，其中量子點在氯仿溶液中的濃度為1. 5毫克/毫升；
6)用勻膠機在襯底的另一側旋涂一層上述量子點氯仿溶液作為發(fā)光層A，勻膠速度為每分鐘500轉，時間為7秒，旋涂之后在鼓風干燥箱中烘干20小時，烘干溫度為90°C。
圖1為無機量子點近紅外光致發(fā)光器件結構示意圖，該器件由發(fā)光層Al、襯底2、 陽極電極層3、發(fā)光層B 4和陰極電極層5依次堆疊而成。
圖2為該發(fā)光器件發(fā)光層A所采用的PbS量子點光致發(fā)光激發(fā)光譜圖和ZnS量子點薄膜作為發(fā)光層B時的電致發(fā)光發(fā)射光譜，其中實線為發(fā)光層A光譜圖，虛線為發(fā)光層 B光譜圖，由JY-穩(wěn)態(tài)-瞬態(tài)熒光光譜儀檢測。
圖3為該器件的發(fā)光光譜圖，由JY-穩(wěn)態(tài)-瞬態(tài)熒光光譜儀檢測，圖中顯示發(fā)光光譜中心波長為1330納米，處在近紅外波段。
實施例2
一種所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件的制備方法，步驟如下
1)將設有玻璃透明襯底的陽極層氧化銦錫ITO用超純水進行超聲清洗12分鐘，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干2小時，烘干溫度為130°C ；
2)將ZnO量子點材料溶于丙酮溶液，并用超聲設備使量子點在丙酮溶液中充分分散，其中量子點在丙酮溶液中的濃度為2毫克/毫升；
3)用勻膠機在處理之后的陽極電極層上旋涂一層上述量子點丙酮溶液作為發(fā)光層B，勻膠速度為每分鐘800轉，時間為8秒，旋涂之后放在真空干燥箱中烘干，烘干條件為在0. 1個大氣壓下烘干5小時，烘干溫度為110°C ；
4)用真空熱蒸發(fā)法制備陰極電極層鋁Al，在真空度達到9X10_4帕斯卡時將陰極電極層蒸鍍在發(fā)光層B上，速度控制在2納米/秒；
5)將1 量子點材料溶于氯仿溶液，并用超聲設備使量子點在氯仿溶液中充分分散，其中量子點在氯仿溶液中的濃度為2毫克/毫升；
6)用勻膠機在襯底的另一側旋涂一層上述量子點氯仿溶液作為發(fā)光層A，勻膠速度為每分鐘700轉，時間為6秒，旋涂之后在鼓風干燥箱中烘干25小時，烘干溫度為80°C。
該實施例制備的無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其發(fā)光光譜顯示效果與實施例 1相同。
實施例3
一種所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件的制備方法，步驟如下
1)將設有玻璃透明襯底的陽極層氧化銦錫ITO用超純水進行超聲清洗15分鐘，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干3小時，烘干溫度設為100°C ；
2)將CdS量子點材料溶于丙酮溶液，并用超聲設備使量子點在丙酮溶液中充分分散，其中量子點在丙酮溶液中的濃度為3毫克/毫升；
3)用勻膠機在處理之后的陽極電極層上旋涂一層上述量子點丙酮溶液作為發(fā)光層B，勻膠速度為每分鐘1000轉，時間為4秒，旋涂之后需在真空干燥箱中烘干，烘干條件為在0. 1個大氣壓下烘干6小時，烘干溫度為100°C ；
4)用真空熱蒸發(fā)法制備陰極電極層鎂Mg，在真空度達到9X10_4帕斯卡時將陰極電極層蒸鍍在發(fā)光層B上，速度控制在3納米每秒；
5)將發(fā)PbS量子點材料溶于氯仿溶液，并用超聲設備使量子點在氯仿溶液中充分分散，其中量子點在氯仿溶液中的濃度為3毫克/毫升；
6)用勻膠機在襯底的另一側旋涂一層上述量子點氯仿溶液作為發(fā)光層A，勻膠速度為每分鐘1000轉，時間為4秒，旋涂之后在鼓風干燥箱中烘干30小時，烘干溫度為70°C。
該實施例制備的無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其發(fā)光光譜顯示效果與實施例 1相同。
權利要求
1.一種無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其特征在于由發(fā)光層A、透明襯底、陽極電極層、發(fā)光層B和陰極電極層依次堆疊構成，發(fā)光層A和發(fā)光層B為單層無機量子點薄膜， 陽極層為透明導電金屬氧化物，陰極電極層為導電金屬。
2.根據(jù)權利要求1所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其特征在于所述發(fā)光層A 和發(fā)光層B為單層無機量子點薄膜。
3.根據(jù)權利要求1所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其特征在于所述光發(fā)光層 A的無機量子點薄膜為非化學質(zhì)量比的無機量子點硫化鉛PbS量子點、硫化二銀Ag2S量子點或硒化鉛1 量子點，所述量子點顆粒直徑小于4納米。
4.根據(jù)權利要求1所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其特征在于所述發(fā)光層B 的無機量子點薄膜為非化學質(zhì)量比的無機量子點硫化鋅ZnS量子點、氧化鋅ZnO量子點或硫化鎘CdS量子點，所述量子點顆粒直徑小于4納米。
5.根據(jù)權利要求1所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其特征在于所述陽極電極層為透明導電金屬氧化銦錫ΙΤ0。
6.根據(jù)權利要求1所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，其特征在于所述陰極電極層為導電金屬鋁Al或鎂Mg。
7.—種如權利要求1所述無機量子點近紅外光致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于步驟如下1)將設有透明襯底的陽極層用超純水進行超聲清洗10-15分鐘，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干2-3小時，烘干溫度為120-140°C ；2)將發(fā)光層B所用量子點材料溶于丙酮溶液，并用超聲設備使量子點在丙酮溶液中充分分散，其中量子點在丙酮溶液中的濃度為1. 5-3毫克/毫升；3)用勻膠機在處理之后的陽極電極層上旋涂一層上述量子點丙酮溶液作為發(fā)光層B， 勻膠速度為每分鐘500-1000轉，時間為4-10秒，然后放入真空干燥箱中，在0. 1個大氣壓下烘干5-6小時，烘干溫度為100-120°C ；4)用真空熱蒸發(fā)法制備陰極電極層，在真空度達到9X10-4帕斯卡時將陰極電極層蒸鍍在發(fā)光層B上，蒸鍍速度控制在1-3納米/秒；5)將發(fā)光層A所用量子點材料溶于氯仿溶液，并用超聲設備使量子點在氯仿溶液中充分分散，其中量子點在氯仿溶液中的濃度為1.5-3毫克/毫升；6)用勻膠機在襯底的另一側旋涂一層上述量子點氯仿溶液作為發(fā)光層A，勻膠速度為每分鐘500-1000轉，時間為4-10秒，然后在鼓風干燥箱中烘干20-30小時，烘干溫度為 70-90 "C。
全文摘要
一種無機量子點近紅外光致發(fā)光器件，由發(fā)光層A、襯底、陽極電極層、發(fā)光層B和陰極電極層依次堆疊而成，其中發(fā)光層A和發(fā)光層B為單層無機量子點薄膜；該發(fā)光器件的制備方法是，通過旋涂工藝在透明襯底附有陽極電極層上制備無機量子點薄膜作為發(fā)光層B，通過熱蒸發(fā)法制備在發(fā)光層B上陰極電極層，最后在襯底沒有陽極電極層的那一側通過旋涂工藝制備發(fā)光層A。本發(fā)明的優(yōu)點是，采用無機量子點作為發(fā)光層，實現(xiàn)近紅外光發(fā)射，器件發(fā)光效率高，光譜單色性好、光學穩(wěn)定性高。同時采用旋涂工藝，簡化了制備過程，降低了成本。
文檔編號H01L33/00GK102544280SQ20121000088
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權日2012年1月4日
發(fā)明者張曉松, 李嵐, 李開祥, 李萍, 羅程遠, 辛傳禎, 陳義鵬 申請人:天津理工大學