專利名稱：包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
利用全內(nèi)反射的光波導(dǎo)如纖維和平面波導(dǎo)已用于廣泛的傳感、通信和照明應(yīng)用。由于由芯/包層介電指數(shù)階越界面提供的完美鏡面反射，光可以在長(zhǎng)距離上的高效率傳輸通過光導(dǎo)纖維。典型地，由于該芯/包層界面，光導(dǎo)纖維元件中的光場(chǎng)被完全限制。

發(fā)明內(nèi)容
光學(xué)結(jié)構(gòu)可在光波導(dǎo)表面上以如下方式包含納米晶體使納米晶體與傳播通過光波導(dǎo)的光的光場(chǎng)耦合以從納米晶體產(chǎn)生發(fā)射。例如，可將一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體納米晶體或量子點(diǎn)置于光學(xué)結(jié)構(gòu)如波導(dǎo)例如光導(dǎo)纖維元件附近。傳播通過波導(dǎo)的光的光場(chǎng)可與納米晶體耦合并使納米晶體發(fā)射光。有利地，光發(fā)射結(jié)構(gòu)可容許激發(fā)光源的直接和有效分布及結(jié)合到高度有效的下轉(zhuǎn)換元件上，其可用于包括光學(xué)顯示器的照明應(yīng)用、傳感器和其它應(yīng)用范圍。光發(fā)射結(jié)構(gòu)可具有與固態(tài)照明應(yīng)用特別的相關(guān)性。激發(fā)源可用于有效地分布通過波導(dǎo)的激發(fā)波長(zhǎng)并通過應(yīng)用下轉(zhuǎn)換元件的恰當(dāng)組合在使用點(diǎn)處下轉(zhuǎn)換為合適的光譜組成，所述下轉(zhuǎn)換元件包括納米晶體。由于納米晶體寬的光譜可調(diào)性、在光致發(fā)光中的長(zhǎng)壽命(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有機(jī)染料的壽命)和容易的溶液加工性，納米晶體是特別合適的材料設(shè)置。納米晶體可為半導(dǎo)體納米晶體。半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括第一半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體納米晶體可包括在核表面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體納米晶體可包括外層，該外層包括連接到納米晶體表面的化合物。在一個(gè)方面中，光學(xué)結(jié)構(gòu)包括在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合。在另一方面中，光發(fā)射結(jié)構(gòu)包括布置以將包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入光波導(dǎo)中的光源和在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合并且能夠吸收激發(fā)波長(zhǎng)的光和發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)的光。在另一方面中，產(chǎn)生光的方法包括將來自光源的包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過該光波導(dǎo)并與該光波導(dǎo)表面上的納米晶體光學(xué)耦合，該納米晶體吸收該激發(fā)波長(zhǎng)并從該表面發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)。
在另一方面中，制造光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法包括將納米晶體置于光波導(dǎo)表面上在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合的位置中。波導(dǎo)可為光導(dǎo)纖維或平面波導(dǎo)。光導(dǎo)纖維可具有容許光沿著該纖維的長(zhǎng)度以所選的量逸出(escape)的包層。納米晶體可為半導(dǎo)體納米晶體。半導(dǎo)體納米晶體可包括核，該核包括第一半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體納米晶體可包括在該核的表面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料?？蓪⒍鄠€(gè)納米晶體分布在該表面的第一部分?？蓪⒍鄠€(gè)納米晶體分布在該表面的第二部分。分布在該表面的第一部分的多個(gè)納米晶體可具有與分布在該表面的第一部分的多個(gè)納米晶體不同的組成。分布在該表面的第一部分的多個(gè)納米晶體具有與分布在該表面的第一部分的多個(gè)納米晶體不同的發(fā)射波長(zhǎng)?？蓪⒐獠▽?dǎo)的表面改性以增強(qiáng)光場(chǎng)與納米晶體之間的耦合以容許光在所選的位置處以所選的量逸出。激發(fā)波長(zhǎng)可傳播通過光波導(dǎo)并與光波導(dǎo)表面的第一部分上的多個(gè)納 米晶體光學(xué)耦合。激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過光波導(dǎo)并與該表面的第二部分上的多個(gè)納米晶體光學(xué)耦合?？赏ㄟ^浸涂、旋涂、涂抹(painting)或印刷將納米晶體配置于該表面上?？稍谂渲眉{米晶體之前對(duì)光波導(dǎo)表面進(jìn)行處理。本發(fā)明的目的通過以下實(shí)現(xiàn)I.光學(xué)結(jié)構(gòu)，包括在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)f禹合。2.條目I的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為光導(dǎo)纖維。3.條目I的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為平面波導(dǎo)。4.條目I的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述納米晶體為半導(dǎo)體納米晶體。5.條目2的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述光導(dǎo)纖維具有容許光沿著所述纖維的長(zhǎng)度以所選量逸出的包層。6.條目4的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括第一半導(dǎo)體材料。7.條目6的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括在所述核的表面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料。8.條目I的光學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體。9.條目8的光學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第二部分的多個(gè)納米晶體。10.條目9的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體具有與分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體不同的組成。11.光發(fā)射結(jié)構(gòu)，包括布置以將包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入光波導(dǎo)中的光源；和在該光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合并能夠吸收所述激發(fā)波長(zhǎng)的光且發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)的光。12.條目11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為光導(dǎo)纖維。13.條目11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為平面波導(dǎo)。14.條目11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述納米晶體為半導(dǎo)體納米晶體。
15.條目12的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述光導(dǎo)纖維具有容許光沿著所述纖維的長(zhǎng)度以所選的量逸出的包層。16.條目14的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括第一半導(dǎo)體材料。17.條目16的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括在所述核的表面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料。18.條目11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體。19.條目18的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第二部分的多個(gè)納米晶體。20.條目19的光發(fā)射結(jié)構(gòu),其中分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體具有與分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體不同的組成。21.產(chǎn)生光的方法，包括將來自光源的包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過該光波導(dǎo)并任選地與該光波導(dǎo)表面上的納米晶體光學(xué)耦合，該納米晶體吸收該激發(fā)波長(zhǎng)并從該表面發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)。22.條目21的方法，其中所述波導(dǎo)為光導(dǎo)纖維。23.條目21的方法，其中所述納米晶體為半導(dǎo)體納米晶體。24.條目21的方法，進(jìn)一步包括將所述光波導(dǎo)的表面改性以增加所述光場(chǎng)與所述納米晶體之間的耦合以容許光在所選的位置以所選的量逸出。25.條目21的方法，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括第一半導(dǎo)體材料。26.條目21的方法，其中所述激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過所述光波導(dǎo)并任選地與所述光波導(dǎo)表面的第一部分上的多個(gè)納米晶體光學(xué)耦合。27.條目26的方法，其中所述激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過所述光波導(dǎo)并任選地與所述表面的第二部分上的多個(gè)納米晶體光學(xué)耦合。28.條目27的方法,其中分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體具有與分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體不同的組成。29.條目27的方法,其中分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體具有與分布于所述表面的第一部分的多個(gè)納米晶體不同的發(fā)射波長(zhǎng)。30.制造光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，包括將納米晶體配置于光波導(dǎo)表面上在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合的位置中。31.條目30的方法，其中配置包括將所述納米晶體浸涂、滴涂、旋涂、涂抹或印刷在所述表面上。32.條目30的方法，進(jìn)一步包括在配置所述納米晶體之前處理所述光波導(dǎo)的表面。其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說明書、附圖和權(quán)利要求書中明晰。


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圖I是包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是從頂部和側(cè)面觀察的包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是顯示從包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光發(fā)射的圖。圖4是說明從包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光發(fā)射的照片。
具體實(shí)施例方式光發(fā)射結(jié)構(gòu)可包括在光學(xué)結(jié)構(gòu)表面上的納米晶體。使納米晶體與傳播通過光學(xué)結(jié)構(gòu)的光的光場(chǎng)耦合。例如，可將一個(gè)或多個(gè)納米晶體、或量子點(diǎn)配置于光學(xué)結(jié)構(gòu)如波導(dǎo)例如光導(dǎo)纖維元件附近。在一個(gè)實(shí)例中，用納米晶體薄層覆蓋波導(dǎo)表面的一部分。該薄層可為單層或多層。傳播通過波導(dǎo)的光的光場(chǎng)可與納米晶體耦合并使它們發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)的光。 所述層具有足以產(chǎn)生所需量的發(fā)射波長(zhǎng)的光的厚度并且足夠薄以避免發(fā)射波長(zhǎng)的顯著自吸收?？蛇x擇納米晶體層的組成和厚度、以及該層中單獨(dú)的納米晶體的尺寸和尺寸分布以從波導(dǎo)表面的各特定部分產(chǎn)生特定的發(fā)射波長(zhǎng)分布。另外，可例如通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整由波導(dǎo)提供的傳播的激發(fā)波長(zhǎng)的光的限制，以選擇納米晶體將在沿著該表面的不同位置處碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量。例如，可使芯-包層光導(dǎo)纖維的包層的部分變薄或?qū)⑵涑ヒ允乖谠摾w維內(nèi)部傳播的光與已置于其表面上的材料耦合。這得以發(fā)生，因?yàn)楣鈭?chǎng)穿透超出芯/包層或芯/空氣界面非常小的距離。所得的倏逝光場(chǎng)可用于以通常否則限制在該纖維中的光激發(fā)波導(dǎo)表面上的納米晶體。從波導(dǎo)表面不同部分上的納米晶體發(fā)射的光可產(chǎn)生多種顏色和強(qiáng)度級(jí)，使得光發(fā)射結(jié)構(gòu)用于寬范圍的照明應(yīng)用，例如固態(tài)照明應(yīng)用。有效的激發(fā)波長(zhǎng)源可分布通過波導(dǎo)，并通過應(yīng)用波導(dǎo)表面處的下轉(zhuǎn)換元件的恰當(dāng)組合例如納米晶體或納米晶體的組合在使用點(diǎn)處下轉(zhuǎn)換為合適的光譜組成。由于納米晶體寬的光譜可調(diào)性、在光致發(fā)光中的長(zhǎng)壽命(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有機(jī)染料的壽命)和容易的溶液加工性，納米晶體是用于下轉(zhuǎn)換的特別合適的材料?？赏ㄟ^將納米晶體浸涂、滴涂、旋涂、涂抹或印刷在波導(dǎo)表面上將納米晶體配置于該表面上。印刷可包括噴墨印刷或微接觸印刷。微接觸印刷和相關(guān)技術(shù)描述于例如美國(guó)專利No. 5512131、No. 6180239和No. 6518168中，其各自全部引入作為參考。在一些情況下，印模可為具有墨水圖案的無特征印模，其中該圖案在將墨水施加到該印模上時(shí)形成。參見2005年10月21日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/253612，其全部引入作為參考。參照?qǐng)DI，光發(fā)射結(jié)構(gòu)10包括布置以將光結(jié)合到光波導(dǎo)30中的光源20。光源20可為，例如，發(fā)射適于激發(fā)納米晶體并引起發(fā)射的波長(zhǎng)的光的激光器或發(fā)光二極管，例如藍(lán)光發(fā)光二極管。在光波導(dǎo)30的表面的部分上的納米晶體形成納米晶體區(qū)域，例如區(qū)域40、50和60。在這些區(qū)域的每一個(gè)中，一個(gè)或多個(gè)納米晶體，例如納米晶體41a和41b形成層。該層可為單層或多層。納米晶體41a和41b可具有相似的組成或尺寸，即，可具有相似的發(fā)射波長(zhǎng)，或者可具有不同的組成或尺寸，即，可具有不同的發(fā)射波長(zhǎng)。在這些區(qū)域中的每一個(gè)中，選擇納米晶體以提供特定的發(fā)射波長(zhǎng)的光，這又可在不同位置處提供不同的顏色和強(qiáng)度(或者相同)。納米晶體可為例如半導(dǎo)體納米晶體。區(qū)域40、50和60可含有其它添加齊IJ，包括染料、顏料、有機(jī)或無機(jī)基體材料、或可幫助保護(hù)所述區(qū)域免于降解的其它組分。任選地，所述區(qū)域可被保護(hù)性材料覆蓋。
波導(dǎo)可具有多種不同形狀或構(gòu)造。例如，也可有助于有效的光的下轉(zhuǎn)換的另一種光學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖2中。在該結(jié)構(gòu)中，例如通過覆蓋有納米晶體的光波導(dǎo)中的藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)注入光。波導(dǎo)光學(xué)模式的倏逝尾部可被納米晶體層吸收。沒有被吸收的藍(lán)光繼續(xù)環(huán)繞波導(dǎo)直至最后被納米晶體吸收，這又將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為不同顏色的發(fā)射波長(zhǎng)。此外，發(fā)射波長(zhǎng)由納米晶體的尺寸和/或組成而引起。通常，光源如藍(lán)光LED可為任何其它LED或其它光源。另外，任何納米晶體可涂覆在光學(xué)結(jié)構(gòu)表面上，但是僅有可吸收由光源產(chǎn)生的激發(fā)光譜的納米晶體將被所述光激發(fā)。納米晶體膜可由不同納米晶體的混合物構(gòu)成。例如，納米晶體的組合可用于產(chǎn)生白光光譜?？烧{(diào)節(jié)納米晶體膜的厚度以將光譜發(fā)射優(yōu)化。而且，通常期望使納米晶體光自吸收最小化，其意味著使用非常薄的納米晶體膜。半導(dǎo)體納米晶體可具有寬的吸收帶以及強(qiáng)烈的窄帶發(fā)射。取決于納米晶體的尺寸、形狀、組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，發(fā)射的峰值波長(zhǎng)可在整個(gè)可見和紅外區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)。納米晶體可備有具有所需化學(xué)特性(例如所需溶解度)的外表面。納米晶體的光發(fā)射可為長(zhǎng)期穩(wěn)定的。
當(dāng)納米晶體達(dá)到激發(fā)態(tài)(或者換言之，激子位于納米晶體上)時(shí)，可以發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)生發(fā)射。該發(fā)射具有相應(yīng)于量子限制的半導(dǎo)體材料的帶隙的頻率。帶隙是納米晶體尺寸的函數(shù)。具有小直徑的納米晶體可具有介于物質(zhì)的分子和大塊(bulk)形式之間的性質(zhì)。例如，具有小直徑的基于半導(dǎo)體材料的納米晶體可表現(xiàn)出在所有三維中電子和空穴兩者的量子限制，這導(dǎo)致隨著微晶尺寸減小材料的有效帶隙增大。因此，隨著微晶尺寸減小，納米晶體的光學(xué)吸收和發(fā)射藍(lán)移，或者移向較高的能量。從納米晶體的發(fā)射可為窄的高斯發(fā)射帶，其可通過改變納米晶體的尺寸、納米晶體的組成、或者兩者而在光譜的紫外、可見或紅外區(qū)域的整個(gè)完整波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，CdSe可在可見區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)并且InAs可在紅外區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)。納米晶體群的窄尺寸分布可導(dǎo)致在窄的光譜范圍內(nèi)的光發(fā)射。所述群可為單分散的并且可呈現(xiàn)出在納米晶體直徑上小于15% rms的偏差，優(yōu)選小于10%，更優(yōu)選小于5%。可觀察到在可見區(qū)域內(nèi)發(fā)射的納米晶體在不大于約75nm，優(yōu)選60nm，更優(yōu)選40nm，且最優(yōu)選30nm半寬度(FWHM)的窄范圍內(nèi)的光譜發(fā)射。IR發(fā)射納米晶體可具有不大于150nm或者不大于IOOnm的FWHM。以發(fā)射能量表示，該發(fā)射可具有不大于O. 05eV或不大于O. 03eV的FWHM。發(fā)射寬度隨著納米晶體直徑的分散性減小而減小。半導(dǎo)體納米晶體可具有聞的發(fā)射量子效率如大于10%、20%、30%、40%、50%、60%、70% 或 80%。形成納米晶體的半導(dǎo)體可包括II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或II-IV-V族化合物，例如，ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、HgO、HgS、HgSe, HgTe, AIN、A1P、AlAs, AlSb, GaN, GaP、GaAs, GaSb, InN, InP、InAs, InSb, TIN、TIP、TIAs、TISb、TISb、PbS、PbSe、PbTe、或其混合物。制備單分散半導(dǎo)體納米晶體的方法包括注入到熱的配位溶劑中的有機(jī)金屬試劑如二甲基鎘的熱解。這允許離散成核并導(dǎo)致宏觀量的納米晶體的受控生長(zhǎng)。納米晶體的制備和處理描述于例如美國(guó)專利6322901和6576291以及美國(guó)專利申請(qǐng)No. 60/550314中，其各自全部引入作為參考。制造納米晶體的方法是膠體生長(zhǎng)法。膠體生長(zhǎng)通過將M給體和X給體快速注入到熱的配位溶劑中而發(fā)生。該注入產(chǎn)生可以受控方式生長(zhǎng)以形成納米晶體的核。該反應(yīng)混合物可溫和加熱以生長(zhǎng)納米晶體并使其退火。樣品中的納米晶體的平均尺寸和尺寸分布兩者均依賴于生長(zhǎng)溫度。維持穩(wěn)定的生長(zhǎng)所必需的生長(zhǎng)溫度隨著平均晶體尺寸的增大而提高。納米晶體是納米晶體群的一員。由于離散成核和受控生長(zhǎng)，所獲得的納米晶體群具有窄的單分散的直徑分布。單分散的直徑分布也可稱為尺寸。成核后納米晶體在配位溶劑中的受控生長(zhǎng)和退火的過程也可導(dǎo)致均勻的表面衍生和規(guī)則的核結(jié)構(gòu)。隨著尺寸分布銳化，可升溫以維持穩(wěn)定的生長(zhǎng)。通過添加更多M給體或X給體，可縮短生長(zhǎng)期。M給體可為無機(jī)化合物、有機(jī)金屬化合物或元素金屬。M為鎘、鋅、鎂、汞、鋁、鎵、銦或鉈。X給體為能夠與M給體反應(yīng)形成具有通式MX的材料的化合物。典型地，X給體為硫?qū)倩锝o體或磷屬元素化物給體，如膦硫?qū)倩?、雙(甲硅烷基)硫?qū)倩铩㈦p氧、銨鹽、或三(甲硅烷基)磷屬元素化物。合適的X給體包括雙氧、雙(三甲基甲硅烷基)硒化物((TMS)2Se)、三烷基膦硒化物如(三正辛基膦)硒化物(TOPSe)或(三正丁基膦)硒化物(TBPSe)、三烷基膦碲化物如(三正辛基膦)碲化物(TOPTe)或六丙基磷三酰胺碲化物(HPPTTe)、雙(三甲基甲硅烷基)碲化物((TMS)2Te)、雙(三甲基甲硅烷基)硫化物 ((TMS)2S)、三烷基膦硫化物如(三正辛基膦)硫化物(TOPS)、銨鹽如鹵化銨(例如NH4Cl)、三(三甲基甲硅烷基)磷化物((TMS)3P)、三(三甲基甲硅烷基)砷化物((TMS)3As)、或三(三甲基甲硅烷基)銻化物((TMS) 3Sb)。在一些實(shí)施方式中，M給體和X給體可為在相同分子內(nèi)的各部分。配位溶劑可幫助控制納米晶體的生長(zhǎng)。配位溶劑為具有給體孤對(duì)的化合物，其例如具有可用于配位到生長(zhǎng)的納米晶體表面的孤電子對(duì)的化合物。溶劑配位可使生長(zhǎng)的納米晶體穩(wěn)定。典型的配位溶劑包括烷基膦、烷基膦氧化物、烷基膦酸或烷基次膦酸，然而，其它配位溶劑如吡啶、呋喃和胺也可適于納米晶體生產(chǎn)。合適的配位溶劑包括吡啶、三正辛基膦(TOP)、三正辛基膦氧化物(TOPO)和三羥丙基膦(tHPP)。可使用工業(yè)級(jí)Τ0Ρ0。在反應(yīng)的生長(zhǎng)階段期間的尺寸分布可通過監(jiān)控顆粒的吸收線寬來評(píng)估。響應(yīng)顆粒的吸收光譜中的變化調(diào)整反應(yīng)溫度容許在生長(zhǎng)期間維持尖銳的粒度分布。可在晶體生長(zhǎng)期間將反應(yīng)物添加到成核溶液中以生長(zhǎng)更大的晶體。通過在特定納米晶體平均直徑停止生長(zhǎng)和選擇半導(dǎo)體材料的合適組成，對(duì)于CdSe和CdTe可在300nm至5 μ m、或400nm至800nm的
波長(zhǎng)范圍上連續(xù)地調(diào)整納米晶體的發(fā)射光譜。納米晶體具有小于人的直徑。納米晶體群具有在15 A至125 A范圍內(nèi)的平均直徑。納米晶體可為具有窄尺寸分布的納米晶體群的一員。納米晶體可為球、棒、盤或其它形狀。納米晶體可包括半導(dǎo)體材料核。納米晶體可包括具有式MX的核，其中M為鎘、鋅、鎂、萊、招、鎵、銦、I它、或其混合物，和X為氧、硫、硒、締、氮、磷、砷、鋪、或其混合物。所述核可在該核表面上具有外敷層。外敷層可為具有與核的組成不同的組成的半導(dǎo)體材料。納米晶體表面上的半導(dǎo)體材料的外敷層可包括II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物和 II-IV-V 族化合物，例如，Zn。、ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, Mg。、MgS,MgSe, MgTe, Hg。、HgS, HgSe, HgTe, AIN、A1P、AlAs, AlSb, GaN, GaP、GaAs, GaSb, InN, InP、InAs, InSb, TIN、TIP、TIAs、TISb、TISb、PbS、PbSe、PbTe、或其混合物。例如，ZnS, ZnSe 或CdS外敷層可在CdSe或CdTe納米晶體上生長(zhǎng)。外敷(overcoating)方法描述于例如美國(guó)專利6322901中。通過在外敷期間調(diào)節(jié)反應(yīng)混合物的溫度和監(jiān)控核的吸收光譜，可獲得具有高的發(fā)射量子效率和窄的尺寸分布的外敷材料。外敷層可為I至10個(gè)單層厚。粒度分布可如美國(guó)專利6322901中所述通過以納米晶體的不良溶劑如甲醇/ 丁醇進(jìn)行尺寸選擇性沉淀而進(jìn)一步精制。例如，可將納米晶體分散于丁醇在己烷中的10%的溶液中?？蓪⒓状嫉渭拥皆摂嚢璧娜芤褐兄敝寥榘咨掷m(xù)。由離心導(dǎo)致的上清液和絮凝物的分離產(chǎn)生富集有樣品中的最大微晶的沉淀物?？芍貜?fù)該步驟直至注意到?jīng)]有光吸收光譜的進(jìn)一步銳化。尺寸選擇性沉淀可在多種溶劑/非溶劑對(duì)中進(jìn)行，包括吡啶/己烷和氯仿/甲醇。經(jīng)尺寸選擇的納米晶體群可具有距平均直徑不大于15% rms的偏差，優(yōu)選10% rms的偏差或更小，并且更優(yōu)選5% rms的偏差或更小。納米晶體的外表面可包括由在生長(zhǎng)期間所使用的配位溶劑得到的化合物。該表面可通過重復(fù)暴露于過量的競(jìng)爭(zhēng)配位基團(tuán)進(jìn)行改性。例如，被覆蓋的納米晶體的分散體可用配位有機(jī)化合物如吡啶處理，以產(chǎn)生容易地分散在吡啶、甲醇和芳香族化合物中但不再分散在脂肪族溶劑中的微晶。這種表面交換過程可用任何能夠與納米晶體的外表面配位或結(jié)合的化合物進(jìn)行，包括例如膦、硫醇、胺和磷酸酯(鹽)?？蓪⒓{米晶體暴露于短鏈聚合物，其呈現(xiàn)出對(duì)該表面的親和性和以對(duì)懸浮或分散介質(zhì)具有親和性的部分封端。這種親和性改善該懸浮體的穩(wěn)定性并阻礙納米晶體的絮凝。納米晶體配位化合物描述于例如美國(guó)專利No. 6251303中，該專利全部引入作為參考。更具體地，配位配體可具有下式
權(quán)利要求
1.光學(xué)結(jié)構(gòu)，包括在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含與光導(dǎo)纖維接觸的包層。
2.光發(fā)射結(jié)構(gòu)，包括 布置以將包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入如權(quán)利要求I的光波導(dǎo)中的光源；和 在該光波導(dǎo)表面上的如權(quán)利要求I的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合并能夠吸收所述激發(fā)波長(zhǎng)的光且發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)的光，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，其中所述光發(fā)射結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含與光導(dǎo)纖維接觸的包層。
3.產(chǎn)生光的方法，包括 將來自光源的包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入如權(quán)利要求I的光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過該光波導(dǎo)并任選地與該光波導(dǎo)表面上的如權(quán)利要求I的納米晶體光學(xué)耦合，該納米晶體吸收該激發(fā)波長(zhǎng)并從該表面發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，所述方法進(jìn)一步包括，包含與光導(dǎo)纖維接觸的包層。
4.產(chǎn)生光的方法，包括 將來自光源的包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入如權(quán)利要求I的光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過該光波導(dǎo)并任選地與該光波導(dǎo)表面上的如權(quán)利要求I的納米晶體光學(xué)耦合，該納米晶體吸收該激發(fā)波長(zhǎng)并從該表面發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，其中所述調(diào)整包括提高該纖維內(nèi)部傳播的光與該纖維表面上的材料的耦合。
5.產(chǎn)生光的方法，包括 將來自光源的包括激發(fā)波長(zhǎng)的光引入如權(quán)利要求I的光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長(zhǎng)傳播通過該光波導(dǎo)并任選地與該光波導(dǎo)表面上的如權(quán)利要求I的納米晶體光學(xué)耦合，該納米晶體吸收該激發(fā)波長(zhǎng)并從該表面發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，其中所述調(diào)整包括顯著地吸收傳播的光。
6.制造權(quán)利要求I的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，包括 將納米晶體配置于光波導(dǎo)表面上在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合的位置中，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，所述方法進(jìn)一步包括，包含與光導(dǎo)纖維接觸的包層。
7.制造權(quán)利要求I的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，包括 將納米晶體配置于光波導(dǎo)表面上在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合的位置中，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，其中所述調(diào)整包括提高該纖維內(nèi)部傳播的光與該纖維表面上的材料的耦合。
8.制造權(quán)利要求I的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，包括 將納米晶體配置于光波導(dǎo)表面上在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo)的光場(chǎng)光學(xué)耦合的位置中，和其中通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整光波導(dǎo)以選擇納米晶體碰到的激發(fā)波長(zhǎng)的量，其中所述調(diào)整包 括顯著地吸收傳播的光。
全文摘要
一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，其可在光波導(dǎo)表面上以如下方式包括納米晶體使納米晶體與傳播通過光波導(dǎo)的光的光場(chǎng)耦合以從納米晶體產(chǎn)生發(fā)射。
文檔編號(hào)G02B6/00GK102707367SQ20121013777
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月21日
發(fā)明者喬納森.R.蒂施勒, 弗拉迪米爾.布洛維克, 戴維.奧特爾, 約安尼斯.凱米西斯, 芒吉.G.巴文迪, 詹妮弗.尤, 邁克爾.S.布拉德利 申請(qǐng)人:麻省理工學(xué)院