CN102509757A - 具有可见光和近红外发光发射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用单一尺寸量子点制备在可见光和近红外波段发光及能产生激光的器件结构及其制备方法，它以ITO为衬底，在衬底上生长ZnS，然后在ZnS薄膜上旋涂CdSe胶质量子点，再在量子点上生长ZnS薄膜和金属电极，通过光刻形成器件图形，最后封装在金属电极上引出导线。器件结构的发光波长位于450-850nm之间，基于量子点的表面缺陷态可以获得可见光和近红外光的发射，利用电激励使表面缺陷态能级粒子数反转而获得激光，它可用于LED白光照明和激光器件等。

Description

具有可见光和近红外发光发射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法

技术领域

本发明专利涉及一种白光和近红外波段电致发光及能产生激光的量子点器件结构及其制作方法。 

背景技术

由于量子尺寸效应，控制量子点的大小就能控制量子点的发光波长，并且量子点发出的光单色性好、量子效率高、发光波长几乎可覆盖整个可见光区域，因此有望被大量用于平板显示技术和太阳电池中。20世纪90年代以来，对量子点白光器件做了大量研究，以往量子点白光器件的研究，都是由有机材料或者有机材料和无机材料混合组成的量子点白光器件，或者以其它荧光材料激发量子点发白光。有机材料的使用使得器件的稳定性和寿命存在问题。全无机材料构成的器件稳定性更高，对全部由无机材料构成的单一尺寸量子点自身发白光和近红外发光器件并没有什么进展。 

我们利用CdSe量子点的表面态发光特性，采用直接带隙并且禁带宽度相对较小的ZnS作为绝缘层，使其很窄的光致发光区间变成发光范围从可见光区一直延伸到近红外区.其EL谱展现出白光和近红外性质，其发光波长在450-850nm之间，显示了无机材料构成的量子点器件在LED白光照明邻域可能具有的应用前景。其近红外发光区域，在医学疾病治疗、红外探伤和在军事上也有良好的应用前景。本发明的发光元件的构成类似的现有技术已被公开(专利文献1：200780020667.6；专利文献2：200610130058.3)，专利文献1仅提供了单一尺寸量子点的EL器件，并且开启电压较高，制作工艺较复杂，本发明的制作工艺更加简单，所用的量子点没有壳层结构，并不形成多晶，本发明能使PL谱为单一尺寸的量子点在近红外和可见光区都有光谱响应，能产生白光和近红外光，器件的开启电压更低，且器件多了谐振腔结构，使得我们的结构能够产生激光。专利文献2提供了白光发光的量子点器件，但需要三种尺寸量子点，本发明用单种 量子点就能实现全色显示。 

发明内容

本发明正是针对现有技术的不足之处所作的改进，在ITO衬底上生长一层ZnS，滴上一层CdSe量子点，然后再生长一层ZnS，再镀上Al电极构成一种在可见光和近红外波段发光及激光器件。 

本发明提供了一种ITO/ZnS/CdSe/ZnS结构的可见光和近红外波段结构的制造技术，包括沉积在衬底上的ZnS薄膜，和旋涂在器件上的CdSe量子点，镀上的Al电极，电极上引出金线，本发明的具体技术方案如下： 

本发明是一种具有可见光和近红外发光发射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法，以ITO为衬底，在其上生长ZnS绝缘层，在ZnS上旋涂胶质CdSe量子点，然后再生长第二层ZnS绝缘层，沉积金属电极，光刻形成表面发射器件图形，然后在图形电极上封装引出导线，形成了量子点发光器件。 

本发明的具体步骤是： 

(1)采用ITO基底； 

(2)用蒸发技术或溅射技术生长第一层ZnS薄膜，其厚度为50～500nm； 

(3)在ZnS薄膜上旋涂CdSe量子点，厚度为100-1000nm； 

(4)用蒸发技术或溅射技术生长第二层ZnS薄膜，其厚度为50～500nm； 

(5)用蒸发技术或溅射技术沉积金属薄膜电极，可以是Al，In，Au/Ti等； 

(6)光刻形成电致发光器件图形； 

(7)键合方法或导电胶方法引出金属引线，封装后测试。 

本发明所述的量子点厚度可以调整，使激光器的腔长可以改变。 

本发明所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法所制得的结构，发光波长在450-850nm之间，利用量子点的表面缺陷态能级获得发光；利用电激励使量子点的表面缺陷态能级反转能产生激光，激光的峰值可由腔长调节。 

本发明可以作为LED照明使用或作为电致激光器件使用。 

本发明所述的CdSe量子点为非专利文献1中热注入法合成。【非专利文献1：杜凌霄，胡炼，张兵坡，等.物理学报，60(11)，117803(2011)】 

本发明的有益效果是：在室温下，用PL谱一种尺寸的CdSe量子点就能制作 出电致白光发光和近红外发光的器件，发光波长区间很广，制作方法简单，开启电压相对较低，在较高偏压时还能产生激光。 

附图说明

图1为本发明结构的截面示意图； 

图2为本发明结构的俯视示意图； 

图3为不同电压下ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子点白光器件的发光谱线和CdSe量子点的PL谱的比较示意图； 

图4为ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子点器件的激射示意图。 

具体实施方式

下面通过具体实施例本发明的技术方案作进一步的详细说明： 

(1)ITO基底的准备。 

ITO基底由市场购买，ITO的厚度为60nm，在生长前要经过清洗和除气。 

(2)热蒸发生长第一层ZnS薄膜。 

在室温条件下生长ZnS薄膜，其厚度为150nm，生长气压为4×10^-3Pa。 

(3)旋涂CdSe量子点，其厚度为500nm，让其自然风干。 

(4)热蒸发生长第二层ZnS薄膜。 

在室温条件下生长ZnS薄膜，其厚度为150nm，生长气压为4×10^-3Pa。 

(5)热蒸发镀Al电极。 

在室温下生长200nm的Al薄膜，作为电极层。 

(6)光刻形成电致发光器件图形。 

(7)引出电极引线(金线或铝线)。 

用导电银胶把金线固定在Al电极上，并在120℃的烘箱内烘15min，使导电银胶凝固。 

(8)把器件装入杜瓦瓶进行测试。 

图1为本发明结构的截面示意图；可以看出器件的结构从下往上依此为Glass基底、ITO膜、ZnS膜、CdSe QDs、ZnS膜、Al膜。 

图2为本发明结构的俯视示意图；左侧可以看到ZnS上生长的Al电极，右 侧为ITO膜上生长Al电极。 

图3为不同电压下ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子点白光器件的发光谱线和CdSe量子点的PL谱的比较示意图；左上插图为器件中的PL谱线，可以看到器件的PL谱的峰位位于622nm，从EL谱可以看出器件的电致发光波长约在450-850nm之间，峰值在800nm左右，其光子的能量约为1.55eV左右。对比器件结构的光致发光谱，可以确定器件发光均源自CdSe量子点。与CdSe量子点的PL谱比较，我们发现两者的形状并不一样：(1)两者的发光区间和峰值并不一样，EL谱主要集中在红光区和近红外区；(2)EL谱的半高宽比PL谱的宽得多，EL谱的半高宽随电压不同在130nm至210nm之间变化。EL谱在整个可见光波段和近红外波段都有发光。通过对EL谱的拟合得到它是由多个缺陷能级产生的谱线所叠加而成，故而有较大的峰宽。 

图4为ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al量子点器件的激射示意图；根据激光原理，腔长一定的谐振腔只对频率满足v＝qc/2nl的波长提供正反馈，使之震荡，其中v为频率，q为整数，c为光速，n为折射率，l为腔长。谐振腔内能产生增益的相连两条光线的频率间隔为Δv＝c/2nl。从图4中看出在某一波长附近，频率(能量)间隔是相等的或是倍数关系。诸如551nm、554nm、557nm这组能量间隔分别为0.012187eV、0.012055eV，623nm、627nm、635nm这一组能量间隔分别为为0.012698eV、0.024916eV，还有702nm、708nm、715(714)nm这一组，能量间隔都是倍数关系。 

Claims (5)

1.一种具有可见光和近红外发光发射特性的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法，其特征是：以ITO为衬底，在其上生长ZnS绝缘层，在ZnS上旋涂胶质CdSe量子点，再生长第二层ZnS绝缘层，沉积金属电极，光刻形成表面发射器件图形，在图形电极上封装引出导线，形成了量子点发光器件。

2.根据权利要求1所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法，具体步骤是：

(1)采用ITO基底；

(2)用蒸发技术或溅射技术生长第一层ZnS薄膜，其厚度为50～500nm；

(3)在ZnS薄膜上旋涂CdSe量子点，厚度为100-1000nm；

(4)用蒸发技术或溅射技术生长第二层ZnS薄膜，其厚度为50～500nm；

(5)用蒸发技术或溅射技术沉积金属薄膜电极，可以是Al，In，Au/Ti等；

(6)光刻形成电致发光器件图形；

(7)键合方法或导电胶方法引出金属引线，封装后测试。

3.权利要求2所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法，其特征在于，所述的量子点的厚度可以调整，使激光器的腔长可以改变。

4.一种根据权利要求1或2或3所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构的制造方法所制得的结构，其特征是，所述的结构的发光波长在450-850nm之间，利用量子点的表面缺陷态能级获得发光；利用电激励使量子点的表面缺陷态能级反转能产生激光，激光的峰值可由腔长调节。

5.根据权利要求4所述的ITO/ZnS/CdSe/ZnS/Al结构，其特征在于，其可以作为LED照明使用或作为电致激光器件使用。

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