CN102738395B - 基于宽禁带氧化物包覆量子点的电双稳态器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于宽禁带氧化物包覆量子点的电双稳态器件，其结构包括：透明电极衬底；空穴缓冲层，该缓冲层制作在透明电极衬底上；P型半导体聚合物层；量子点有源层，该有源层就是基于宽禁带氧化物包覆量子点的薄膜，该有源层制作在P型半导体聚合物层上，是该电双稳态器件的核心；铝电极蒸镀在量子点有源层上，作为器件的阴极。基于宽禁带氧化物包覆量子点的电双稳态器件由于其具有低成本，易加工，膜层薄以及电流开关比高的特点，在未来的信息电子工业领域有着广阔的应用前景。

Description

基于宽禁带氧化物包覆量子点的电双稳态器件

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，特别是一种利用宽禁带氧化物包覆的量子点的电双稳态器件。

背景技术

随着信息技术的日趋发展，高性能的电存储器件越来越受到人们的重视。而其中，电双稳态器件以其无破坏记忆的特性成为最具潜力的信息存储技术。电双稳态特性是指在相同的电压下具有两种不同的导电状态的现象，若在功能层薄膜两边施加电场，当电场强度达到一定的值时，器件可由低导态转变为高导态.今年来，薄膜技术开始兴起，因其具有易加工、成本低等优点。另一方面由于纳米技术和工艺的迅速发展，科学家们开始把具有独特光电性能的金属或者半导体纳米粒子应用到电双稳态器件中，并取得了良好的实际应用结果.纳米颗粒的制膜可采用非真空的镀膜工艺，从而进一步器件的工本.不过目前应用的纳米颗粒主要是26族或者46族半导体材料。这类纳米粒子一方面由于重金属离子的存在而具有一定的环境危害，另一方面纳米粒子实现电双稳态特性主要是由于特定载流子的捕获，而电双稳态的器件性取决于这种捕获能力。这里，我们利用宽禁带氧化物包覆的量子点来制备电双稳态器件，一方面由于氧化物的包裹而可以有效阻挡量子点内重金属离子的扩散，另一方面壳层的宽禁带氧化物材料也可起到更有效的捕获载流子的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可改善电双稳态器件存储性能和稳定性的方法：利用宽禁带氧化物包覆的量子点做为有源功能层。本发明采用了宽禁带氧化物包覆的量子点，将其作为功能有源层引入到电双稳态器件中，其中半导体纳米晶的表面包覆一层宽禁带氧化物材料，可以作为载流子的俘获中心.

本发明是一种新的电双稳态器件，其特征在于，其中包括：

(1)透明导电电极衬底；

(2)PEDOT空穴缓冲层，该缓冲层具有平滑衬底表面和降低空穴注入势垒的作用，

(3)p型半导体聚合物层，该聚合物层制作在所述PEDOT层上，可有效增大空穴的传输能力；

(4)量子点有源层，是利用宽禁带氧化物包覆的量子点作为功能材料；

(5)金属电极。

进一步地，所述宽禁带氧化物包覆的量子点，其选用氧化硅，氧化钛或者氧化锌做为包覆材料，厚度为0.1-100纳米，选用2-6族、4-6族、1-3-5族半导体或者其他族多元化合物做为量子点材料，尺寸大小为0.1-100纳米。

进一步地，所述透明导电电极衬底是ITO导电玻璃。所述金属电极为铝电极，其厚度在20-1000nm之间，铝电极通过蒸镀形成在量子点有源层上。

进一步地，所述空穴缓冲层通过旋涂形成在所述透明导电电极衬底上，厚度在10-100纳米之间。p型半导体聚合物层通过旋涂形成在所述透明导电电极衬底上，厚度在10-100纳米之间。

进一步地，所述量子点材料为硒化镉材料。

本发明的积极效果是：采用包覆有宽禁带氧化物的量子点作为功能有源层，不仅提高了器件的电流开关比，而且可减少量子点中的重金属离子对环境的扩散。

附图说明

为进一步说明本发明的内容以及特点，以下结合附图对本发明作详细的描述，其中：

图1是本发明器件的示意图；

图2是本发明器件的能级示意图；

图3表示基于包覆和未包覆宽禁带氧化物量子点的电双稳态器件的电流开关比；

图4表示电双稳态器件的电流电压特性曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合具体的实施例并结合参照附图进行具体说明。

如图1所示，图1为本发明的基于包覆氧化物量子点的电双稳态器件结构示意图。该器件包括：透明导电电极衬底(1)；PEDOT空穴缓冲层(2)，该缓冲层作为活性层是制作在导电衬底(1)上，起降低空穴注入势垒和平滑电极表面作用的；p型半导体聚合物层(3)，该功能层是增加空穴传输能力的；量子点功能有源层(4)，该功能层是利用包覆氧化物材料的量子点制备的；和金属电极(5).

所述的透明导电电极衬底(1)为氧化铟锡薄膜，通常厚度为50-2000纳米但不局限于氧化铟锡，也包括其他适用半导体材料，如掺铝、镓、镉的氧化锌薄膜等所有透光的导电氧化物。透明导电电极衬底(1)上面是采用溶液法(泛指一切涂料法，如旋涂法，喷涂法，糟模法等)制备的PEDOT缓冲层(2)，缓冲层材料并不局限于PEDOT，也包括其他使用的聚合物半导体材料，以及氧化物材料，通过控制旋涂速度可以控制缓冲层(2)的厚度，通常情况下该缓冲层的厚度在10-100nm之间。缓冲层(2)上面的p型半导体聚合物层(3)是也是采用溶液法制备的。该功能层是为了提高空穴的传输能力。该功能层的厚度通常情况下在20-200纳米之间。功能层(3)上面是量子点功能有源层(4)。该功能层中的量子点材料为硒化镉(CdSe)材料，但不局限于此，也包括其他2-6族、4-6族、1-3-5族半导体或者其他族多元化合物，例如ZnS、CdS、ZnSe、CdTe、ZnTe，CuInS，CuInSe，InGaP，InGaAs等。量子点的大小为0.1-100纳米。量子点表面包覆的宽禁带氧化物的厚度一般为0.1-50纳米，一般是氧化硅，但也包括其他氧化物材料比如氧化锌，氧化钛，氧化铝等。量子点功能层的厚度一般为1-1000纳米。最后是金属电极(5)，一般是铝，但不局限于此，还包括其他金属，包括金、银、铜、钛、铬，镍等。

实验例：

1.制备CdSe量子点的工艺如下：

把0.5毫摩的氧化镉，0.1毫摩的TDPA和10毫摩的TOPO放入到三颈玻璃瓶中，在氮气氛下加热到320摄氏度，至溶液变成澄清状。在另一个单独的密封容器中，0.5毫摩的硒粉和3毫升的TOP被加热到150摄氏度一个小时，形成TOP-Se.随后，2毫升TOP-Se溶液被用针筒迅速加入到三颈玻璃瓶中。加入后，整个的溶液被加热到260摄氏度，至所需要的量子点生长完成，自然冷却到室温。

2.量子点表面包覆二氧化硅的工艺

取20毫克表面带有TOPO和TDPA的硒化镉量子点，先用乙醇进行沉淀，然后在真空中干燥。把50微升APTS溶解在15毫升的cyclohexane溶剂中，然后加入硒化镉量子点，充分混合均匀后，加入到含有4.46克AOT的50毫升cyclohexane中，搅拌30分钟。然后逐渐滴加300-900微升的30wt％的氨水后，搅拌0-300分钟。最后加入200微升TEOS搅拌0-300分钟形成均匀的二氧化硅壳层。

2.将钠钙玻璃在清洗剂中反复清洗，然后再经过去离子水，丙酮和异丙醇溶液浸泡并超声各15分钟，最后用氮气吹干并经过紫外臭氧处理15分钟。

3.用真空溅射方法制备透明电极120纳米左右。

4.将过滤后的PEDOT水溶液以5500转/分钟的转速旋涂在透明电极衬底上，低温退火(150-350度)30分钟，厚度10-200纳米。

5.将过滤后的POLY-TPD氯仿溶液以4000转/分钟的转速沉积在PEDOT缓冲层上，低温退火(150-350度)30分钟，厚度10-100纳米。

6.将过滤后的包覆二氧化硅的硒化镉溶液以1000转/分钟的转速沉积在聚合物半导体层上，厚度10-200纳米。

6.最后用热蒸发制备铝电极，厚度50-200纳米。

基于包覆二氧化硅的硒化镉量子点的电双稳态器件的能级结构，如图2所示。整体的器件性能由于二氧化硅层的陷阱效应，比无包覆量子点的器件具有更大电流开关比，可达10⁴(如图3所示)。这种电双稳态器件可以在同一电压下出现两种不同的导电状态，如图4所示。

以上所述的具体施例，对本发明的目的、技术方案和积极的效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内所做的任何修和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用宽禁带氧化物包覆的量子点制备的电双稳态器件的制备方法，其中电双稳态器件包括：

(1)透明导电电极衬底；

(2)PEDOT空穴缓冲层，该缓冲层具有平滑衬底表面和降低空穴注入势垒的作用；

(3)p型半导体聚合物层，该聚合物层制作在所述PEDOT空穴缓冲层上，可有效增大空穴的传输能力；

(4)量子点有源层，是利用宽禁带氧化物包覆的量子点作为功能材料；

(5)金属电极；

所述电双稳态器件的(1)-(5)层结构从下至上依次排列；其特征在于，其中所述电双稳态器件的制备步骤为：

a)取20毫克表面带有TOPO和TDPA的硒化镉量子点，先用乙醇进行沉淀，然后在真空中干燥，把50微升APTS溶解在15毫升的cyclohexane溶剂中，然后加入硒化镉量子点，充分混合均匀后，加入到含有4.46克AOT的50毫升cyclohexane中，搅拌30分钟；然后逐渐滴加300-900微升的30wt％的氨水后，搅拌0-300分钟；最后加入200微升TEOS搅拌0-300分钟形成均匀的二氧化硅壳层；

b)、将钠钙玻璃在清洗剂中反复清洗，然后再经过去离子水，丙酮和异丙醇溶液浸泡并超声各15分钟，最后用氮气吹干并经过紫外臭氧处理15分钟；

c)、用真空溅射方法制备透明电极120纳米左右；

d)、将过滤后的PEDOT水溶液以5500转/分钟的转速旋涂在透明电极衬底上，在150-350度的温度范围内低温退火30分钟，厚度10-200纳米；

e)、将过滤后的POLY-TPD氯仿溶液以4000转/分钟的转速沉积在PEDOT缓冲层上，在150-350度的温度范围内低温退火30分钟，厚度10-100纳米；

f)、将过滤后的包覆二氧化硅的硒化镉溶液以1000转/分钟的转速沉积在半导体聚合物层上，厚度10-200纳米；

g)、最后用热蒸发制备铝电极，厚度50-200纳米。

2.如权利要求1所述的利用宽禁带氧化物包覆的量子点制备的电双稳态器件的制备方法，其特征在于，其中所述透明导电电极衬底是ITO导电玻璃。