專利名稱：具有可見光和近紅外發(fā)光發(fā)射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及一種白光和近紅外波段電致發(fā)光及能產(chǎn)生激光的量子點器件結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術：
由于量子尺寸效應，控制量子點的大小就能控制量子點的發(fā)光波長，并且量子點發(fā)出的光單色性好、量子效率高、發(fā)光波長幾乎可覆蓋整個可見光區(qū)域，因此有望被大量用于平板顯示技術和太陽電池中。20世紀90年代以來，對量子點白光器件做了大量研究，以往量子點白光器件的研究，都是由有機材料或者有機材料和無機材料混合組成的量子點白光器件，或者以其它熒光材料激發(fā)量子點發(fā)白光。有機材料的使用使得器件的穩(wěn)定性和壽命存在問題。全無機材料構(gòu)成的器件穩(wěn)定性更高，對全部由無機材料構(gòu)成的單一尺寸量子點自身發(fā)白光和近紅外發(fā)光器件并沒有什么進展。我們利用CdSe量子點的表面態(tài)發(fā)光特性，采用直接帶隙并且禁帶寬度相對較小的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)光波長在450-850nm之間，顯示了無機材料構(gòu)成的量子點器件在LED白光照明鄰域可能具有的應用前景。其近紅外發(fā)光區(qū)域，在醫(yī)學疾病治療、紅外探傷和在軍事上也有良好的應用前景。本發(fā)明的發(fā)光元件的構(gòu)成類似的現(xiàn)有技術已被公開(專利文獻1 =200780020667. 6 ；專利文獻2 =200610130058. 3)，專利文獻1僅提供了單一尺寸量子點的EL器件，并且開啟電壓較高，制作工藝較復雜，本發(fā)明的制作工藝更加簡單，所用的量子點沒有殼層結(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在近紅外和可見光區(qū)都有光譜響應，能產(chǎn)生白光和近紅外光，器件的開啟電壓更低， 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。專利文獻2提供了白光發(fā)光的量子點器件，但需要三種尺寸量子點，本發(fā)明用單種量子點就能實現(xiàn)全色顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術的不足之處所作的改進，在ITO襯底上生長一層ZnS，滴上一層CdSe量子點，然后再生長一層ZnS，再鍍上Al電極構(gòu)成一種在可見光和近紅外波段發(fā)光及激光器件。本發(fā)明提供了一種ITO/ZnS/CdSe/ZnS結(jié)構(gòu)的可見光和近紅外波段結(jié)構(gòu)的制造技術，包括沉積在襯底上的ZnS薄膜，和旋涂在器件上的CdSe量子點，鍍上的Al電極，電極上引出金線，本發(fā)明的具體技術方案如下本發(fā)明是一種具有可見光和近紅外發(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ZnS絕緣層，在ZnS上旋涂膠質(zhì)CdSe量子點，然后再生長第二層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線，形成了量子點發(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)技術或濺射技術生長第一層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm ；(3)在ZnS薄膜上旋涂CdSe量子點，厚度為IOO-IOOOnm ；(4)用蒸發(fā)技術或濺射技術生長第二層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm ；(5)用蒸發(fā)技術或濺射技術沉積金屬薄膜電極，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，封裝后測試。本發(fā)明所述的量子點厚度可以調(diào)整，使激光器的腔長可以改變。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)光波長在 450-850nm之間，利用量子點的表面缺陷態(tài)能級獲得發(fā)光；利用電激勵使量子點的表面缺陷態(tài)能級反轉(zhuǎn)能產(chǎn)生激光，激光的峰值可由腔長調(diào)節(jié)。本發(fā)明可以作為LED照明使用或作為電致激光器件使用。本發(fā)明所述的CdSe量子點為非專利文獻1中熱注入法合成。非專利文獻1 杜凌霄，胡煉，張兵坡，等·物理學報，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)光波長區(qū)間很廣，制作方法簡單，開啟電壓相對較低， 在較高偏壓時還能產(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量子點白光器件的發(fā)光譜線和CdSe量子點的PL譜的比較示意圖；圖4為ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子點器件的激射示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例本發(fā)明的技術方案作進一步的詳細說明(I)ITO基底的準備。ITO基底由市場購買，ITO的厚度為60nm，在生長前要經(jīng)過清洗和除氣。(2)熱蒸發(fā)生長第一層ZnS薄膜。在室溫條件下生長ZnS薄膜，其厚度為150nm，生長氣壓為4X 10_3Pa。(3)旋涂CdSe量子點，其厚度為500nm，讓其自然風干。(4)熱蒸發(fā)生長第二層ZnS薄膜。在室溫條件下生長ZnS薄膜，其厚度為150nm，生長氣壓為4X10_3Pa。(5)熱蒸發(fā)鍍Al電極。在室溫下生長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，使導電銀膠凝固。(8)把器件裝入杜瓦瓶進行測試。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上生長的Al電極，右側(cè)為 ITO膜上生長Al電極。圖3為不同電壓下ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子點白光器件的發(fā)光譜線和CdSe量子點的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。與CdSe量子點的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譜在整個可見光波段和近紅外波段都有發(fā)光。通過對EL譜的擬合得到它是由多個缺陷能級產(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量子點器件的激射示意圖；根據(jù)激光原理，腔長一定的諧振腔只對頻率滿足ν = qc/2nl的波長提供正反饋，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。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中看出在某一波長附近，頻率(能量)間隔是相等的或是倍數(shù)關系。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)關系。
權利要求
1.一種具有可見光和近紅外發(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ZnS絕緣層，在ZnS上旋涂膠質(zhì)CdSe量子點，再生長第二層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線，形成了量子點發(fā)光器件。
2.根據(jù)權利要求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)技術或濺射技術生長第一層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm；(3)在ZnS薄膜上旋涂CdSe量子點，厚度為IOO-IOOOnm；(4)用蒸發(fā)技術或濺射技術生長第二層ZnS薄膜，其厚度為50 500nm；(5)用蒸發(fā)技術或濺射技術沉積金屬薄膜電極，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，封裝后測試。
3.權利要求2所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述的量子點的厚度可以調(diào)整，使激光器的腔長可以改變。
4.一種根據(jù)權利要求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)光波長在450-850nm之間，利用量子點的表面缺陷態(tài)能級獲得發(fā)光；利用電激勵使量子點的表面缺陷態(tài)能級反轉(zhuǎn)能產(chǎn)生激光，激光的峰值可由腔長調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權利要求4所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al結(jié)構(gòu)，其特征在于，其可以作為LED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制備在可見光和近紅外波段發(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ZnS，然后在ZnS薄膜上旋涂CdSe膠質(zhì)量子點，再在量子點上生長ZnS薄膜和金屬電極，通過光刻形成器件圖形，最后封裝在金屬電極上引出導線。器件結(jié)構(gòu)的發(fā)光波長位于450-850nm之間，基于量子點的表面缺陷態(tài)可以獲得可見光和近紅外光的發(fā)射，利用電激勵使表面缺陷態(tài)能級粒子數(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H01L33/00GK102509757SQ20111045617
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者吳惠楨, 樓騰剛, 胡煉 申請人:浙江大學