CN103840052A - 量子棒及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种量子棒及其制造方法，所述量子棒包括：具有棒状的ZnS半导体颗粒的芯；和过渡金属，所述过渡金属被用来掺杂所述芯，并且偏向所述芯长度方向的一侧。

Description

量子棒及其制造方法
本发明要求2012年11月23日和2012年11月27日在韩国递交的韩国专利申请第10-2012-0133815号和第10-2012-0135162号的权利，通过援引将其全面并入本说明书中，等同其在此得到完全阐述。
技术领域
本发明涉及一种量子棒，更具体而言，涉及一种轻质液晶显示装置、量子棒及其制造方法。
背景技术
通常，固态晶体的化学和物理性质与晶体的尺寸无关。但是，当固态晶体的尺寸为数纳米时，这种尺寸会成为影响结晶化学和物理性质的变量。纳米技术中，利用具有这种纳米尺寸的颗粒的独特性质来形成作为半导体材料的纳米晶体或量子点的研究一直在积极地进行中。
具体而言，现有无机发光元件，作为利用化学气相沉积(CVD)以薄膜形式形成的用作发光层的半导体，具有低电光转换效率的缺点。近来，对于使用纳米材料的高效发光元件的关注越来越高。在这些元件中，尺寸为数纳米的量子点具有独特的量子效应行为，并已知被用于半导体结构以生产高效照明元件和体内分子的照明标记等。
量子点和量子棒根据其自身尺寸而发出不同的光，所述量子棒具有作为晶体结构的六边形结构沿一个方向生长的晶体生长所形成的棒状。
通常，由于在颗粒尺寸较小时所产生的光的波长较短，而颗粒的尺寸较大时所产生的光的波长较长，因此量子点和量子棒的尺寸需要适当调整。
但是，由于量子点和量子棒具有非常小的尺寸，因此表面-体积比非常大，并且位于表面上的原子具有非常高的反应性，因而倾向于互相接触，同时通过接触其附近的颗粒而生长成为较大的颗粒。
为避免这一点，提出了沉淀法、高温分解法、气相生长法和模板合成法等，并且初始化合物量子点和量子棒由II-VI、III-V、I-III-VI或IV-VI族单一半导体颗粒(例如，CdSe、CdS、GaAs、GaP、GaAs-P、Ga-Sb、InAs、InP、InSb、AlAs、AlP、AlSbCuInSe2、CuInS2、AgInS2、PbS、PbSe或PbTe)构成。
量子点的研究在以下原理基础上进行：在纳米范畴内改变纳米晶体的结构(如纳米晶体的尺寸和表面等)会由此改变晶体的性质，即改变带隙。
量子点根据其组成而具有不同的照明范围、照明效率和化学稳定性等，因此应用范围和应用方法受到限制。
特别是，具有高效照明性和偏振性的量子棒具有比量子点低得多的照明效率。
其原因在于，量子棒具有不同于球状量子点的棒状，由此壳长度大于激子的玻尔半径，因此量子限制效应降低。
因此，需要具有高效照明性和偏振性的研究。
此外，单层量子点和量子棒非常不稳定，因为阳离子表面或阴离子表面被保护与外界隔绝，而通过使用其他类型的半导体包覆，可以形成稳定的量子棒。
当形成了这种芯/壳结构的量子棒时，带隙的尺寸得到自由调整，并且芯/壳结构的量子棒可以分为I型和II型。
在I型芯/壳结构中，例如，当在芯处设置并形成带隙小的材料并且在壳处设置并形成带隙大的材料时，芯与壳之间产生量子阱，并且芯被壳包覆，由此比单一材料的量子棒更稳定。
此外，由于电子在整个量子棒上分布，空穴被限制在芯，空穴-表面重组所引起的光氧化得到防止，因此可获得稳定的照明性质。
换言之，I型芯/壳结构的量子点是具有下述壳的量子点，所述壳形成在芯的表面上并且其带隙大于芯的带隙，并且芯表面上的壳的价带基于能量比芯低的价带，并具有能量比芯高的导带。
在II型芯/壳结构中，当芯和壳由具有不同带隙偏移量的材料形成时，空穴和电子分别被限制在芯和壳处，由此发出对应于两种材料的带隙偏移量之差的光。
当具有这种芯/壳结构的量子棒形成时，根据芯/壳的组合发出各种颜色的光，例如，芯/壳结构的量子棒包括如CdSe/CdS、ZnSe/CdS、CdTe/CdSe和CdSe/CdTe等半导体颗粒。
量子点根据其组成而具有不同的照明范围、照明效率和化学稳定性等，因此应用范围和应用方法受到限制。
特别是，具有高效照明性和偏振性的量子棒具有比量子点低得多的照明效率。
其原因在于，量子棒具有芯或围绕芯的壳，所述芯具有不同于球状量子点的棒状，由此壳长度大于激子的玻尔半径，因此量子限制效应降低。
量子棒以六边形、纤锌矿型或闪锌矿型结构的晶体结构形成，并且此种结构由例如CdS的半导体颗粒良好地形成。
因此，优选的是，芯/壳结构的量子棒被形成为包含CdS，当CdSe和ZnSe用于芯并将CdS用于壳时，量子棒仅产生由黄至红的颜色域(即，510nm～780nm)。
换言之，量子棒非常难以产生450nm～480nm的蓝色区域。
发明内容
因此，本发明针对一种量子棒及其制造方法，其基本解决了因现有技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供一种量子棒及其制造方法，所述量子棒能够具有高效照明性和偏振性，进而具有绿色照明的高效照明性和偏振性，并且进而具有蓝色照明的芯/壳结构。
下文将说明本发明的其他特征和优点，某种程度上从说明中是显而易见的，或者是可以通过实施本发明而获知的。本发明的这些和其他优点将通过说明书和其权利要求及附图中所特别指出的结构实现或获得。
为实现这些和其他优点并符合本发明的目的，如本文所实施并概括描述地，量子棒包括：具有ZnS半导体颗粒的棒状芯；和用来掺杂芯的过渡金属，所述过渡金属偏向芯的长度方向的一侧。
在另一个方面中，制造量子棒的方法包括使用ZnS半导体颗粒形成芯纳米晶体；使用过渡金属掺杂芯纳米晶体；和使芯纳米晶体生长成棒状。
在另一个方面中，量子棒包括混合有第一半导体颗粒和第二半导体颗粒的合金芯；和在合金芯的表面上的棒状壳，并且所述壳由第一半导体颗粒和第二半导体颗粒中具有较大带隙的一种形成。
附图说明
所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，其被并入本说明书并构成了本说明书的一部分，附图说明本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图中：
图1是说明根据本发明的第一实施方式的量子棒的示意图；
图2A～2D是说明制造根据本发明的第一实施方式的量子棒的方法的图；
图3是根据本发明的第一实施方式的量子棒的发光光谱的图；
图4是说明根据本发明的第二实施方式的量子棒的示意图；
图5A和5B是根据本发明的第二实施方式的半导体颗粒的带隙的图；
图6是根据本发明的第二实施方式的量子棒的带隙的图；和
图7是根据本发明的第二实施方式的量子棒的发光光谱的图。
具体实施方式
下面将对本发明说明的实施方式进行详细论述，所述实施方式如附图中所示。
图1是说明根据本发明的第一实施方式的量子棒的示意图。
量子棒100具有纳米尺寸，具有独特的量子效应行为，并已知可用于半导体结构以生产高效照明元件和体内分子的照明标记等。
量子棒100的研究在以下原理基础上进行：在纳米范畴内改变纳米晶体的结构(如纳米晶体的尺寸和表面等)会由此改变晶体的性质，即改变带隙。
包含半导体材料的材料与原子电子轨道组合，改变为分子电子轨道。分子电子轨道形成成键分子轨道和反键分子轨道，两对原子态电子轨道中各参与其中之一。在此情形中，由许多成键轨道形成的带被称作价带(valence band)，并且由许多反键轨道形成的带被称作导带(conduction band)。
价带的最高能级被称作HOMO(最高占据分子轨道)，而导带的最低能级被称作LUMO(最低未占据分子轨道)，并且HOMO能级与LUMO能级之间的能差被定义为带隙(band gap)。
量子棒100包括具有棒状的芯110，量子棒100的总尺寸可以为约10nm～约10000nm的纳米晶体尺寸。
芯100具有拥有长轴和短轴的棒状，并且沿短轴方向截取的横截面的形状可以是圆形、椭圆形或多边形。
量子棒100的短轴与长轴比为约1:1.1～约1:30。
随着处于激发态的电子由导带下降至价带，量子棒100发出荧光。
量子棒100具有不同于常规荧光染料的性质，并且即使芯由相同材料形成，荧光波长也根据颗粒的尺寸而变化。换言之，颗粒尺寸越大，荧光的波长越短，并且几乎可以产生可见光区域中的各种波长的光。
量子棒100具有高量子效率，由此可以产生非常强的荧光。
特别是，量子棒100具有使特定方向的光透过和吸收或反射其他光的偏振性。
换言之，量子棒100具有吸收或反射入射于其上的光中特定方向的光的性质。由于量子棒100的偏振轴沿量子棒100的长度方向形成，与量子棒100长度方向平行的光的分量被吸收或反射，并且光的其他的与量子棒100长度方向垂直的分量被透过。
使用量子棒100的照明元件的结构说明如下。
使用量子棒100的照明元件包括处于阳极和阴极之间的量子棒层。
在照明元件中，由阳极通过空穴注入层注入量子棒层中的空穴和由阴极通过电极注入层注入量子棒层中的电极被重组以产生激子，并且由激子发出对应于量子棒带隙的光。
由于量子棒100为荧光材料，因此需要如UV(紫外)等光源，并且UV光辐射至量子棒100内，由此可以实现各种颜色。
由于量子棒100具有偏振性，因此入射至量子棒100上的光中特定方向的光可以选择性地透过。
在将使用量子棒100的照明元件应用于液晶显示装置的情形中，可以去掉两个偏振板中的一个，而当量子棒100反射光时，光的损失可以减少。
换言之，当将量子棒100构造为透过其偏振与量子棒的偏振轴垂直的光并反射其他光时，反射光的偏振态可以被改变，并作为接近自然光的反射光回收。
由于回收光被再提供至量子棒100，因此一部分光通过量子棒100，同时其他部分的光再次被反射。因此，连续重复这种光回收，由此可以降低光损失。
量子棒100的特征在于，使用过渡金属各向异性地掺杂棒状芯100。
换言之，芯100可以由ZnS系列半导体颗粒形成，并且ZnS系列半导体颗粒具有发出蓝光的性质。但是，由于量子棒100被形成为棒状，因此量子棒100的长度长于激子的玻尔半径，由此量子限制效应降低，因而基本不发光。
因此，ZnS系列半导体颗粒具有对于可见光基本透明的性质。
通过使用发出绿色荧光的过渡金属Cu2+掺杂ZnS系列半导体制成的芯110，量子棒100具有棒状芯100所引起的偏振性，并且也因Cu2+过渡金属而高效地发出绿光。
换言之，当使用Cu2+过渡金属掺杂ZnS半导体颗粒的芯110时，发出约500nm的绿光。
因此，本实施方式实现了具有高效绿色照明性和偏振性的量子棒100。
ZnS系列颗粒可以选自ZnSe、ZnO、ZnS、ZnxCd1-xSe和ZnxCd1-xS(其中0<X<1)。
优选但非必须的是，相对于主体，即ZnS系列半导体颗粒，Cu2+过渡金属为约0.1重量%～约50重量%。
作为另外一种选择，可以使用Tb3+过渡金属代替Cu2+来发出绿光。
此外，通过使用过渡金属掺杂以产生所期望的颜色，可以发出各种颜色。例如，当ZnS系列半导体材料的芯110掺杂有Mn2+过渡金属时，可以发出约600nm的红光。
量子棒100的特征在于，在掺杂时，Cu2+过渡金属在芯110中偏向量子棒100的长度方向的一侧。
其目的在于，当通过对量子棒100施加电场而调整荧光量或发光量时使空穴和电子不受分散在芯110中的Cu2+过渡金属120的干扰，以及不受荧光量或发光量的干扰。
因此，空穴和电子的自吸收可以得到降低。
换言之，在沿量子棒100长度方向施加电场之前，电子和空穴处于组合态，但当沿量子棒100长度方向施加电场时，空穴和电子在空间上分离，由此带隙的分离可以得到降低。
因此，来自量子棒100的荧光量或发光量可以得到调整。相反，在Cu2+过渡金属在掺杂时完全分散于量子棒100中的情形中，当沿量子棒100长度方向施加电场时，在分离空穴和电子的过程中空穴和电子被Cu2+过渡金属干扰。
因此，空穴和电子不容易分离，由此不容易诱发带隙的分离，并且一些电子与Cu2+过渡金属碰撞并被自吸收。
因此，通过使Cu2+过渡金属在掺杂时偏向量子棒100长度方向的一侧，在对量子棒100施加电场时，能够防止空穴和电子被Cu2+过渡金属干扰。
因此，量子棒100的荧光量或发光量可以得到调整，并且电子的自吸收得到防止。
在本实施方式中，掺杂可以不以最终形成量子棒100的状态进行，但掺杂可以在形成量子棒100之前进行，由此过渡金属可以被形成为偏向量子棒100长度方向的一侧。
换言之，量子棒100可以如下制造：(a)形成纳米晶体的芯100；(b)使用过渡金属掺杂纳米晶体芯110的表面；和(c)使纳米晶体芯110生长成棒状。
制造量子棒100的方法参照图2A～2D来说明。
如图2A所示，使用ZnS系列半导体颗粒形成纳米晶体芯110。该工序可以以常用芯形成工序来执行。
然后，如图2B所示，将纳米晶体芯110与Cu2+过渡金属的前体溶液混合并在一起反应，由此形成掺杂有Cu2+过渡金属的纳米晶体芯110。
然后，如图2C和2D所示，使掺杂有Cu2+过渡金属的纳米晶体芯110生长。
在以上方法中，当各元素的前体与溶剂混合时，可以另外使用分散剂，并且反应材料的混合可以同时或依次进行，并且可以调整混合顺序。
本实施方式的实验例如下所述。
实验例：使用Cu2+掺杂具有ZnS系列半导体颗粒的量子棒
将硬脂酸锌(Zn-St2)、十八烯(ODE)和十八胺(ODA)置于反应设备中，并将该设备在氮气气氛下加热至120摄氏度以除去水分和空气。
另外，将Se粉溶解在三丁基膦(TBP)中以形成Se-TBP复合溶液。
然后，将设备在氮气流下加热至300摄氏度，随后将Se-TBP注入，之后在300摄氏度进行反应1小时。
反应结束后，尽快将反应混合物的温度降至室温，然后添加非溶剂的乙醇，并进行离心。将离心后的不包含沉淀的溶液上清液丢弃，并将沉淀分散在甲苯中，以形成ZnS半导体颗粒。
然后，使用Cu2+掺杂ZnS半导体颗粒，随后将掺杂的ZnS半导体颗粒、ODA、Zn-St2、二甲基甲酰胺(DMF)置于水热反应设备中，并在230摄氏度进行反应6小时。
然后，在反应结束后，尽快将反应混合物的温度降至室温，然后添加非溶剂的乙醇，并进行离心。将离心后的不包含沉淀的溶液上清液丢弃，并将沉淀分散在甲苯中，以形成Cu2+偏向量子棒长度方向的一侧的棒状量子棒。
发出绿光的以上制造的量子棒的发光光谱显示在图3中。参照图3，其显示了具有掺杂有Cu2+的ZnS系列半导体颗粒的芯的本实施方式的量子棒可以发出波长为约500nm的绿光。
本实施方式的量子棒可以以多种方式用作如传感器等领域中的电子元件，并且特别是，可以用于发光二极管的有机薄膜，更特别是，用于发光层。当将量子棒用于发光二极管时，可以采用真空沉积法、溅射法、印刷法、涂布法、喷射法或利用电子束的方法。
有机薄膜可以指由有机材料制成的薄膜，所述薄膜在有机发光二极管的一对电极之间形成，例如发光层、电子输送层或空穴输送层等。
有机发光二极管可以被形成(但并非必须)为具有下述常见结构：阳极/发光层/阴极、阳极/缓冲层/发光层/阴极、阳极/空穴输送层/发光层/阴极、阳极/缓冲层/空穴输送层/发光层/阴极、阳极/缓冲层/空穴输送层/发光层/电子输送层/阴极，或者阳极/缓冲层/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/阴极，等等。
缓冲层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于酞菁、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚苯亚乙烯或其之一的衍生物。
空穴输送层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于聚三苯胺。
电子输送层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于聚噁二唑。
空穴阻挡层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于LiF、BaF2或MgF2。
如上所述，本实施方式的量子棒被制造为具有掺杂有Cu2+的ZnS系列半导体颗粒的芯，所述Cu2+偏向量子棒长度方向的一侧。因此，可以实现因棒状芯所引起的偏振性和因Cu2+所引起的高效绿色照明。
图4是说明根据本发明的第二实施方式的量子棒的示意图。
在第二实施方式中，与第一实施方式的部分相似的解释部分可被省略。
量子棒200具有纳米尺寸，具有独特的量子效应行为，并已知可用于半导体结构以生产高效照明元件和体内分子的照明标记等。
量子棒100的研究在以下原理基础上进行：在纳米范畴内改变纳米晶体的结构(如纳米晶体的尺寸和表面等)会由此改变晶体的性质，即改变带隙。
包含半导体材料的材料与原子电子轨道组合，改变为分子电子轨道。分子电子轨道形成成键分子轨道和反键分子轨道，两对原子态电子轨道中各参与其中之一。在此情形中，由许多成键轨道形成的带被称作价带，并且由许多反键轨道形成的带被称作导带。
价带的最高能级被称作HOMO(最高占据分子轨道)，而导带的最低能级被称作LUMO(最低未占据分子轨道)，并且HOMO能级与LUMO能级之间的能差被定义为带隙。
芯/壳结构的量子棒200包括芯210和包裹在芯210周围的棒状壳220。
芯210具有约3nm～约1000nm的纳米晶体尺寸，并且量子棒200具有约10nm～约10000nm的纳米晶体尺寸。
芯210可以具有球状、椭球状、多面体状或棒状，并且壳220具有棒状，且沿量子棒200的短轴方向截取的壳220的横截面的形状可以是圆形、椭圆形或多边形。
壳220的短轴与长轴比为约1:1.1～约1:30。
随着处于激发态的电子由导带下降至价带，量子棒200发出荧光。
量子棒200具有不同于常规荧光染料的性质，并且即使芯由相同材料形成，荧光波长也根据颗粒的尺寸而变化。换言之，颗粒尺寸越大，荧光的波长越短，并且几乎可以产生可见光区域中的各种波长的光。
量子棒200具有高量子效率，由此可以产生非常强的荧光。
特别是，量子棒200具有使特定方向的光透过和吸收或反射其他光的偏振性。
换言之，量子棒200具有吸收或反射入射于其上的光中特定方向的光的性质。由于量子棒200的偏振轴沿量子棒200的长度方向形成，与量子棒200长度方向平行的光的分量被吸收或反射，并且光的其他与量子棒200长度方向垂直的分量被透过。
由于量子棒200为荧光材料，因此需要如UV(紫外)等光源，并且UV光辐射至荧光棒100内，由此可以实现各种颜色。
由于量子棒200具有偏振性，因此入射至量子棒200上的光中特定方向的光可以选择性地透过。
在将使用量子棒200的照明元件应用于液晶显示装置的情形中，可以去掉两个偏振板中的一个，而当量子棒200反射光时，光的损失可以减少。
换言之，当将量子棒200构造为透过其偏振与量子棒的偏振轴垂直的光并反射其他光时，反射光的偏振态可以被改变，并作为接近自然光的反射光回收。
由于回收光被再提供至量子棒200，因此一部分光通过量子棒200，同时其他部分的光再次被反射。因此，连续重复这种光回收，由此可以降低光损失。
量子棒200具有带隙，所述带隙由能量比芯210的价带低的壳220的价带与能量比芯210的导带高的壳220的导带形成。芯210可以由两种半导体颗粒的混合物形成，并且壳220可以由这两种半导体颗粒中具有较高带隙的一种形成。
换言之，芯210可以由选自CdSe、ZnS、CdS、ZnTe、CdSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS、ZnTe、HgSe、HgTe、CdZnTe、InP、InN、GaN、InSb、InAsP、InGaAs、GaAs、GaP、GaSb、AlP、AlN、AlAs、AlSb、CdSeTe、ZnCdSe、PbSe、PbTe、PbS、PbSnTe、Tl2SnTe5中的两种制成，并且壳220可以由所选定的两种半导体颗粒中具有较高带隙的一种制成。
例如，芯210由混合有ZnS和CdS半导体颗粒的合金半导体颗粒制成，并且壳由ZnS制成。
形成具有六边形、纤锌矿型或闪锌矿型结晶结构的量子棒200需要CdS半导体颗粒。
ZnS半导体颗粒能够发出450nm～480nm的蓝光。通过使用混合有ZnS半导体颗粒和CdS半导体颗粒的合金半导体颗粒形成芯210，可以实现发蓝光的量子棒200。
通过使用ZnS半导体颗粒形成壳200，可以实现具有高效照明的量子棒200。
量子棒200包括具有两种半导体颗粒的混合物的芯210，和具有这两种半导体颗粒中具有较高带隙的一种的壳220。
与普通量子棒相反，量子棒200的芯210与壳220的带隙差得到降低，因此激发态量子棒200中产生的电子和空穴的量子力学波函数可以得到良好保持。
换言之，由于本实施方式的芯/壳结构被设计得使芯210与壳220之间的带隙差降低，因此与量子棒200的照明直接相关的电子和空穴可以稳定存在，由此可以实现高效照明、高清晰照明和高化学稳定性。
量子棒200的特征在于，为降低芯210与壳220之间的带隙差，利用具有特定带隙的半导体颗粒的芯110和所述半导体颗粒之一的壳220来设计量子棒200。
考虑到这一点，芯210可以由选自ZnxCd1-xSe、ZnxCd1-xS、CdSexS1-x、ZnTexSe1-x、ZnSexS1-x、ZnxIn1-xS、ZnxIn1-xSe、ZnxIn1-xTe、CuxIn1-xS、CuxIn1-xTe和GaPxN1-x(其中0<x<1)中的一种形成，并且壳220可以由所选定的两种中具有较高带隙的一种形成。
在此情形中，量子棒200形成为具有六边形、纤锌矿型或闪锌矿型结构，并且这种结晶结构可以使用CdS半导体颗粒形成，因此优选的是包含有CdS半导体颗粒。
特别是，为实现450nm～480nm的蓝光，芯210由混合ZnS半导体颗粒和CdS半导体颗粒的合金半导体颗粒制成，并且壳220由ZnS半导体颗粒制成。
参照图5A和5B更详细地描述这一点。
图5A和5B是根据本发明的第二实施方式的半导体颗粒的带隙的图。
如图5A所示，CdS半导体颗粒具有能量比ZnS半导体颗粒的价带高的价带，并具有能量比ZnS半导体颗粒的导带低的导带。
ZnCdS半导体颗粒是混合有CdS半导体颗粒和ZnS半导体颗粒的合金半导体颗粒，其具有能量比CdS半导体颗粒的价带低并且能量比ZnS半导体颗粒的价带高的价带，并且具有能量比CdS半导体颗粒的导带高并且能量比ZnS半导体颗粒的导带低的导带。
换言之，如图5B所示，形成现有技术的芯的CdS半导体颗粒与用于芯210的ZnCdS之间的带隙差为约1eV，所述ZnCdS具有CdS半导体颗粒和ZnS半导体颗粒的混合物。
如图5B所示，用于芯210的ZnCdS与用于壳220的ZnS半导体颗粒之间的带隙差为约0.5eV。
因此，在具有CdS半导体颗粒的芯和ZnS的壳的现有技术的量子棒的情形中，芯与壳之间的带隙差为约1.5eV。但是，在本实施方式中，如上所述，芯210与壳220之间的带隙差可以为约0.5eV。
换言之，本实施方式的量子棒200具有较低的芯210与壳220之间的带隙差，因此与量子棒200的照明直接相关的电子和空穴可以稳定存在，并且因此可以实现高效照明、高清晰照明和高化学稳定性。
在如上所述的实施方式中，描述了具有由混合物制成的芯210和用来包覆芯的壳220的量子棒200。作为另外一种选择，可以根据分散溶剂使用包围量子棒200的配体。配体的端基倾向根据分散溶剂可以为疏水性配体、亲水性配体或硅配体。
本实施方式的实验例如下所述。
实验例：合成具有混合有CdS和ZnS的合金半导体颗粒的芯和ZnS壳的量子棒
将Cd粉溶解在十八胺(OA)中以形成Cd-OA复合溶液，并将Zn粉溶解在OA中以形成Zn-OA复合溶液。
在搅拌Cd-OA复合溶液和Zn-OA复合溶液的同时将反应温度调整至300摄氏度。
反应结束后，尽快将反应混合物的温度降至室温，然后添加非溶剂的乙醇，并进行离心。将离心出的不包含沉淀的溶液上清液丢弃，并将沉淀分散在甲苯中，以合成发出459nm光的ZnxCd合金的纳米晶体溶液。
然后，将所合成的ZnxCd合金的纳米晶体溶液添加至反应物中，然后缓慢滴添加S-OA复合溶液，并在270摄氏度反应1小时。
然后，在反应结束后，尽快将反应混合物的温度降至室温，然后添加非溶剂的乙醇，并进行离心。将离心出的不包含沉淀的溶液的上清液丢弃，并将沉淀分散在甲苯中，以合成发出459nm光的ZnxCd1-xS合金的纳米晶体溶液。
另外，将硫酸锌和十二胺在80摄氏度干燥1小时，然后搅拌3小时。
然后，注入粉末态硫，随后搅拌10分钟，之后在200摄氏度的反应温度于高压釜中搅拌一个半小时。
然后，注入HX(X=F、Cl、Br或I)气体，之后进行离心。将离心出的不包含沉淀的溶液上清液丢弃，并将沉淀分散在甲苯中，然后使ZnS纳米晶体在ZnxCd1-xS合金纳米晶体的表面上生长，以合成ZnxCd1-xS/ZnS的芯/壳结构的量子棒。
具有混合的半导体颗粒的芯和混合的半导体颗粒之一的壳的量子棒的带隙显示在图6中。
在本实施方式中，混合有CdS和ZnS的芯210和ZnS壳220之间的带隙差可以为约0.5eV，由此芯210与壳220之间的带隙差可以得到降低。因此，与量子棒200的照明直接相关的电子和空穴可以稳定存在，由此可以实现高效照明、高清晰照明和高化学稳定性。
本实施方式的量子棒的发光光谱显示在图7中。参照图7，其显示了具有混合有CdS和ZnS的芯和ZnS壳的量子棒能够发射波长为450nm～480nm的蓝光。
如上所述，芯210通过混合至少两种不同带隙的材料而以合金形式形成，并且壳220由形成芯210的材料中具有较高带隙的一种形成，由此可以实现高效照明。
因此，通过将量子棒用于发光层，本实施方式的量子棒可以应用于各种发光元件。
特别是，该量子棒可用于形成形成发光二极管的有机薄膜，更特别是，用于形成发光层。
当将量子棒用于发光二极管时，可以采用真空沉积法、溅射法、印刷法、涂布法、喷射法或利用电子束的方法。
有机薄膜可以指由有机材料制成的薄膜，所述薄膜在有机发光二极管的一对电极之间形成，例如发光层、电子输送层或空穴输送层等。
有机发光二极管可以被形成(但并非必须)为具有下述常见结构：阳极/发光层/阴极、阳极/缓冲层/发光层/阴极、阳极/空穴输送层/发光层/阴极、阳极/缓冲层/空穴输送层/发光层/阴极、阳极/缓冲层/空穴输送层/发光层/电子输送层/阴极，或者阳极/缓冲层/空穴输送层/发光层/空穴阻挡层/阴极，等等。
缓冲层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于酞菁、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚苯亚乙烯或其之一的衍生物。
空穴输送层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于聚三苯胺。
电子输送层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于聚噁二唑。
空穴阻挡层可以由常用材料形成，所述材料优选但不限于LiF、BaF2或MgF2。
如上所述，在本实施方式中，量子棒包括两种半导体颗粒的混合物的芯，和这两种半导体颗粒中具有较高带隙的一种的壳，由此芯与壳之间的带隙差可以得到降低。因此，与量子棒200的照明直接相关的电子和空穴可以稳定存在，由此可以实现高效照明、高清晰照明和高化学稳定性。
此外，芯由混合的CdS和ZnS制成并且壳由ZnS制成，由此可以发出波长为450nm～480nm的蓝光。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以对本发明进行各种修改和变化，而不脱离本发明的主旨和范围。因此，本发明意在涵盖对本发明的修改和变化，只要这些修改和变化是在所附权利要求及其等同物的范围之内。

Claims (18)

1.一种量子棒，所述量子棒包括：
具有ZnS半导体颗粒的棒状芯；和
过渡金属，所述过渡金属被用来掺杂所述芯，并且所述过渡金属偏向所述芯长度方向的一侧。
2.如权利要求1所述的量子棒，其中所述ZnS半导体颗粒为ZnSe、ZnO、ZnS、ZnxCd1-xSe和ZnxCd1-xS之一，其中0<x<1。
3.如权利要求1所述的量子棒，其中所述过渡金属为Cu2+、Tb3+和Mn2+之一。
4.如权利要求3所述的量子棒，其中所述过渡金属Cu2+发出绿光。
5.如权利要求1所述的量子棒，其中相对于所述芯，所述过渡金属为约0.1重量%～约50重量%。
6.如权利要求1所述的量子棒，其中所述芯的尺寸为约10nm～约10000nm。
7.一种制造量子棒的方法，所述方法包括：
使用ZnS半导体颗粒形成芯纳米晶体；
使用过渡金属掺杂所述芯纳米晶体的表面；和
使所述芯纳米晶体生长成棒状。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述ZnS半导体颗粒为ZnSe、ZnO、ZnS、ZnxCd1-xSe和ZnxCd1-xS之一，其中0<x<1。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述过渡金属为Cu2+、Tb3+和Mn2+之一。
10.如权利要求7所述的方法，其中相对于所述芯，所述过渡金属为约0.1重量%～约50重量%。
11.如权利要求7所述的量子棒，其中所述芯的尺寸为约10nm～约10000nm。
12.一种量子棒，所述量子棒包括：
混合有第一半导体颗粒和第二半导体颗粒的合金芯；和
处于所述合金芯的表面上的棒状壳，并且所述壳由所述第一半导体颗粒和所述第二半导体颗粒中具有较大带隙的一种形成。
13.如权利要求12所述的量子棒，其中所述合金芯的带隙小于所述壳的带隙。
14.如权利要求12所述的量子棒，其中所述第一半导体颗粒和所述第二半导体颗粒为不同的来自CdSe、ZnS、CdS、ZnTe、CdSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS、ZnTe、HgSe、HgTe、CdZnTe、InP、InN、GaN、InSb、InAsP、InGaAs、GaAs、GaP、GaSb、AlP、AlN、AlAs、AlSb、CdSeTe、ZnCdSe、PbSe、PbTe、PbS、PbSnTe和Tl2SnTe5的半导体颗粒。
15.如权利要求14所述的量子棒，其中所述合金芯由ZnxCd1-xSe、ZnxCd1-xS、CdSexS1-x、ZnTexSe1-x、ZnSexS1-x、ZnxIn1-xS、ZnxIn1-xSe、ZnxIn1-xTe、CuxIn1-xS、CuxIn1-xTe和GaPxN1-x中的一种制成，其中0<x<1。
16.如权利要求15所述的量子棒，其中所述壳由CdSe、ZnS、CdS、ZnTe、CdSe、ZnSe、ZnTe、InP、GaN和GaP中的一种制成。
17.如权利要求16所述的量子棒，其中所述芯由ZnxCd1-xS制成，并且所述壳由ZnS制成。
18.如权利要求12所述的量子棒，其中所述芯为球状、椭球状、多面体状或棒状，并且所述壳的沿所述量子棒短轴方向截取的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形。
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