CN107722966A - 一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用 - Google Patents
一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107722966A CN107722966A CN201710970942.6A CN201710970942A CN107722966A CN 107722966 A CN107722966 A CN 107722966A CN 201710970942 A CN201710970942 A CN 201710970942A CN 107722966 A CN107722966 A CN 107722966A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal
- oxide
- quantum point
- shell structure
- nuclear shell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 101
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 5
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 5
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- JXSUUUWRUITOQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3].[Zr+4].[Zr+4] JXSUUUWRUITOQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002616 GeOx Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910016978 MnOx Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910005855 NiOx Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002842 PtOx Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 claims 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims 1
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 2
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005701 quantum confined stark effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000000686 essence Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- -1 nontoxic Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了氧化物/金属核壳结构量子点，包括由下至上依次排列的衬底和金属量子点核心以及包覆金属量子点的金属氧化物壳层；本发明还公开了上述氧化物/金属核壳结构量子点及应用；本发明的制备的氧化物/金属核壳结构量子点具有尺寸可控、分布均匀性好等特点，制备方法具有生长工艺简单，成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子器件技术领域，特别涉及一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用。
背景技术
光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源，具有体积小、耗电量低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点，在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，21世纪将是以LED为代表的新型照明光源的时代。但是现阶段LED的应用成本较高，发光效率较低，这些因素都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。
目前，LED大多是基于GaN半导体材料的。然而，GaN材料由于制造设备相对昂贵、资源有限、薄膜外延困难等问题限制其持续性发展。因此及时研发下一代LED半导体材料是十分必要和急迫的。ZnO半导体材料的激子束缚能高达60meV，远远大于GaN的(25meV)，有利于实现室温下的激光发射，且具有外延生长温度低、成膜性能好、原材料丰富、无毒等优点，且ZnO的制备及其器件应用研究也成为近年来的热点，ZnO有望成为GaN的理想替代材料之一。然而，目前的ZnO基器件大都是基于纤锌矿结构c面ZnO。由于纤锌矿结构ZnO沿c轴方向缺乏对称反演中心，正负离子中心不重合而导致强的内建电场，进而产生量子限制斯塔克效应(QCSE)，降低电子和空穴的复合效率，最终损害器件的性能。而有效解决这一问题的途径就是发展非极性ZnO，即a面ZnO(11-20)和m面ZnO(10-10)以及立方ZnO。由于ZnO材料高浓度p型掺杂困难，目前非极性ZnO基LED大多是基于异质结构。然而，非极性ZnO异质结LED的发光效率较低，极大地限制了它的发展。为了促进非极性ZnO的发展，采用一种简单而高效的方法提高非极性ZnO异质结LED的性能显得极为重要。而在ZnO基LED中引入金属量子点(ZnO量子点LED)，是一种提高LED性能的较好的解决方案。金属量子点具有局域表面等离子体激元增强效应，可以有效提高载流子的复合效率，进而大幅提高器件的性能(～10％)。因此，研发非极性ZnO量子点LED具有重要的现实意义。
然而目前应用在LED的金属量子点大部分是提前制备好，之后采用旋转涂覆的方法进入LED结构或者是通过水热法制备在纳米柱上。这些方法工艺复杂，工序连续性差，且不利于工业化生产。由此看来，要实现量子点LED的产业化，通过外延的方法实现金属量子点的可控制备是十分必要的。此外，在外延中，金属量子点很有可能起到催化剂的作用，使外延的结果朝着纳米柱发展，而不是预期的薄膜，且金属量子点也会消失。这个问题在量子点LED外延生长也是应当避免的。
发明内容
针对现有技术存在的缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种可用于LED的氧化物/金属核壳结构量子点，具有尺寸可控、分布均匀性好的优点。
本发明的目的之二在于提供上述氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述氧化物/金属核壳结构量子点的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种氧化物/金属核壳结构量子点，包括依次排列的金属量子点以及包覆金属量子点的金属氧化物壳层
优选地，所述氧化物/金属核壳结构量子点包括由下至上依次排列的衬底、金属量子点以及包覆金属量子点的金属氧化物壳层。
进一步优选地，所述衬底包括Si、蓝宝石或掺钇氧化锆。
优选地，所述金属量子点包括Ni、Ag、Fe、Mn、Ge、Pt和W量子点中的至少一种。
进一步优选地，所述金属量子点的直径为10-1000nm。
优选地，所述金属氧化物壳层的厚度为1-30nm。
进一步优选地，所述金属氧化物壳层是金属核心对应的氧化物，包括NiOx，AgO，MnOx，GeOx，PtOx和WOx中的至少一种。
上述氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)衬底的处理：将预处理后的衬底置于真空室中，真空度为5×10-8-9×10-8Pa，在温度为700-1200℃的条件下退火30-120min，除去衬底表面的残留碳化物，从而获得干净且平整的表面；
(2)金属超薄薄膜的制备：在温度为200-500℃的高真空条件下，真空度为5×10-7-9×10-6Pa，在经过步骤(1)处理的衬底上沉积一层2-20nm厚的金属薄膜；
(3)金属量子点的制备：在温度为500-1100℃的高真空条件下，真空度为5×10-7-9×10-6Pa，对金属薄膜进行退火处理0.5-24h,利用自组装效应形成金属量子点；
(4)金属氧化物壳层的制备：在温度为500-1100℃通入0.001-100Torr的氧等离子体的条件下，对金属量子点进行氧化处理1-120min，利用氧化反应在金属量子点外面形成一层均匀的金属氧化物壳层，从而获得了氧化物/金属核壳结构量子点。
优选地，步骤(1)的预处理包括将衬底放入去离子水中，在室温下超声清洗3-5min，去除衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。
优选地，步骤(2)中沉积的方法包括热蒸发、等离子体增强化学气相沉积、分子束外延。
上述氧化物/金属核壳结构量子点的应用，所述氧化物/金属核壳结构量子点用于制备LED、光电探测器或太阳能电池。
本发明的有益效果：
(1)本发明适用范围广，可以在多种衬底(如Si、蓝宝石、掺钇氧化锆(YSZ)等)上实现氧化物/金属核壳结构量子点的可控生长，有利于降低生产成本。
(2)本发明制备氧化物/金属核壳结构量子点可以起到类似图形化蓝宝石衬底的作用，能够促进薄膜的横向生长，有利于后续生长高质量低缺陷的ZnO薄膜，有望极大的提高了LED的发光效率。
(3)本发明制备的氧化物/金属核壳结构量子点可以有效保护金属量子点，且保证外延生长朝着薄膜的方向进行，有利于实现薄膜LED器件。
附图说明
图1是实施例1的氧化物/金属核壳结构量子点的截面示意图(a)和SEM图(b)；
图2是实施例4的LED器件结构的截面示意图；
图3是实施例5的光电探测器结构的截面示意图；
图4是实施例6的InGaN太阳能电池器件结构的截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)衬底的处理：将P型衬底放入去离子水中，在室温下超声清洗5min，去除P型衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干，将P型衬底置于真空室中，真空度为8.6×10-8Pa，在温度为700℃的条件下退火30min，除去衬底表面的残留碳化物，从而获得干净且平整的表面；
(2)金属超薄薄膜的制备：在温度为250℃的高真空条件下，真空度为4×10-6Pa，采用热蒸发法在经过步骤(1)处理的P型衬底上沉积一层3nm厚的Pt超薄薄膜；
(3)金属量子点的制备：在温度为800℃的高真空条件下，真空度为8.4×10-6Pa。对Pt超薄薄膜进行退火处理0.5h,利用自组装效应形成直径约为250nm的Pt金属量子点核心；
(4)金属氧化物壳层的制备：在温度为700℃通入0.004Torr的氧等离子体的条件下，对Pt金属量子点进行氧化处理60min，利用氧化反应在Pt金属量子点外面形成一层均匀的、厚度为2nm的金属氧化物壳层，从而获得了氧化物/金属核壳结构量子点。
如图1(a)所示，本实施例制备的氧化物/金属核壳结构量子点，包括由下至上依次排列的p型衬底11、Pt金属量子点核心12以及包覆金属量子点的金属氧化物壳层13。图1(b)是其对应的SEM图。
实施例2
一种氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)衬底的处理：将衬底放入去离子水中，在室温下超声清洗5min，去除衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干，将衬底置于真空室中，真空度为8.7×10-8Pa，在温度为750℃的条件下退火50min，除去衬底表面的残留碳化物，从而获得干净且平整的表面；
(2)金属超薄薄膜的制备：在温度为450℃的高真空条件下，真空度为9.8×10-7Pa，采用热蒸发法在经过步骤(1)处理的衬底上沉积一层3nm厚的Ag超薄薄膜；
(3)金属量子点的制备：在温度为900℃的高真空条件下，真空度为3×10-6Pa，对Ag超薄薄膜进行退火处理0.5h,利用自组装效应形成直径为20nm的Ag金属量子点核心；
(4)金属氧化物壳层的制备：在温度为900℃通入0.01Torr的氧等离子体的条件下，对Ag金属量子点进行氧化处理60min，利用氧化反应在Ag金属量子点外面形成一层均匀的、厚度为4nm的金属氧化物壳层，从而获得了氧化物/金属核壳结构量子点。
实施例3
一种氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)衬底的处理：将衬底放入去离子水中，在室温下超声清洗5min，去除衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干，将衬底置于真空室中，真空度为7.6×10-8Pa，在温度为1000℃的条件下退火100min，除去衬底表面的残留碳化物，从而获得干净且平整的表面；
(2)金属超薄薄膜的制备：在温度为500℃的高真空条件下，真空度为9×10-7Pa，采用热蒸发法在经过步骤(1)处理的衬底上沉积一层10nm厚的Mn超薄薄膜；
(3)金属量子点的制备：在温度为1100℃的高真空条件下，真空度为7.8×10-6Pa，对Mn超薄薄膜进行退火处理1h,利用自组装效应形成直径为30nm的Mn金属量子点核心；
(4)金属氧化物壳层的制备：在温度为1100℃通入0.05Torr的氧等离子体的条件下，对Mn金属量子点进行氧化处理10min，利用氧化反应在Mn金属量子点外面形成一层均匀的、厚度为6nm的金属氧化物壳层，从而获得了氧化物/金属核壳结构量子点。
实施例4
将实施例1制备的生长在p型衬底上的氧化物/金属核壳结构量子点用于制备LED：在实施例1制备的生长在p型衬底上的高质量氧化物/金属核壳结构量子点上，继续外延生长并制备ZnO基LED器件(其结构截面示意图如图2所示)，其中包括p型衬底11，高质量金属量子点核心12，包覆金属量子点的金属氧化物壳层13，p型NiO14，n型ZnO15，电极16。
具体的制备过程为：在氧化物/金属核壳结构量子点上生长Mg掺杂p型NiO薄膜，外延层的厚度约为500nm，其载流子的浓度为1×1019cm-3。接着生长Al掺杂n型ZnO薄膜，厚度约为350nm，其载流子浓度为2×1016cm-3，最后电子束蒸发形成欧姆接触。在此基础上通过在O2气氛下400℃退火30min，提高了n型ZnO薄膜的载流子浓度和迁移率。所制备的ZnO基LED器件，在20mA的工作电流下，光输出功率为3.8mW，开启电压值为3.3V。
实施例5
将实施例1制备的生长在p型衬底上的氧化物/金属核壳结构量子点用于制备光电探测器：在实施例1制备的生长在p型衬底上的高质量氧化物/金属核壳结构量子点上，继续外延生长ZnO并制备光电探测器(其结构截面示意图如图3所示)，其中包括p型衬底11，高质量金属量子点核心12，包覆金属量子点的金属氧化物壳层13，n型ZnO21和电极22。
具体制备过程为：在氧化物/金属核壳结构量子点上生长Al掺杂n型ZnO薄膜，外延层的厚度约为700nm，其载流子浓度为4.2×1016cm-3。最后电子束蒸发形成欧姆接触和肖特基结。在此基础上通过在O2气氛下450℃退火30min，提高了n型ZnO薄膜的载流子浓度和迁移率。所制备的ZnO紫外光电探测器在1V偏压下,暗电流仅为52pA,并且器件在1V偏压下，在361nm处响应度的最大值达到了0.71A/W。
实施例6
将实施例1制备的生长在p型衬底上的氧化物/金属核壳结构量子点用于制备ZnO基太阳能电池器件：在实施例1制备的生长在p型衬底上的高质量氧化物/金属核壳结构量子点上，继续外延生长并制备了ZnO基太阳能电池器件(其结构截面示意图如图4所示)，其中包括衬底11，高质量AlN薄膜12，在生长高质量ZnO薄膜31，和具有成分梯度的MgxZn1-xO缓冲层32，n型掺硅MgxZn1-xO 33,MgxZn1-xO多量子阱层34，p型掺镁的MgxZn1-xO 35。
具体的制备过程为：在氧化物/金属核壳结构量子点薄膜生长高质量的ZnO薄膜，具有成分梯度的MgxZn1-xO缓冲层，x的值可以在0～0.2之间可调，然后生长n型掺硅MgxZn1-xO外延层的厚度约为5μm,其载流子的浓度为1×1019cm-3。接着生长MgxZn1-xO多量子阱层，厚度约为300nm,周期数为，其中Mg0.2Zn0.8O阱层为3nm，Mg0.08Zn0.92N垒层为10nm。再生长Mg掺杂的p型MgxZn1-xO层35,厚度约为200nm，其载流子浓度为2.5×1016cm-3，最后电子束蒸发形成欧姆接触。在此基础上通过在O2气氛下400℃退火30min，提高了n型ZnO薄膜的载流子浓度和迁移率。所制备的InGaN太阳能电池器件室温下的光电转化效率为7.6％，短路光电流密度为31mA/cm2。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氧化物/金属核壳结构量子点，其特征在于，包括依次排列的金属量子点以及包覆金属量子点的金属氧化物壳层。
2.根据权利要求1所述的氧化物/金属核壳结构量子点，其特征在于，包括由下至上依次排列的衬底、金属量子点以及包覆金属量子点的金属氧化物壳层，所述衬底包括Si、蓝宝石或掺钇氧化锆。
3.根据权利要求1或2所述的氧化物/金属核壳结构量子点，其特征在于，所述金属量子点包括Ni、Ag、Fe、Mn、Ge、Pt和W量子点中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的氧化物/金属核壳结构量子点，其特征在于，所述金属量子点的直径为10-1000nm。
5.根据权利要求1或2所述的氧化物/金属核壳结构量子点，其特征在于，所述金属氧化物壳层的厚度为1-30nm。
6.根据权利要求1或2所述的氧化物/金属核壳结构量子点，其特征在于，所述金属氧化物壳层是金属核心对应的氧化物壳层，包括NiOx，AgO，MnOx，GeOx，PtOx和WOx中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)衬底的处理：将预处理后的衬底置于真空室中，在温度为700-1200℃的条件下退火30-120min；
(2)金属超薄薄膜的制备：在温度为200-500℃的高真空条件下，在经过步骤(1)处理的衬底上沉积金属薄膜；
(3)金属量子点的制备：在温度为500-1100℃的高真空条件下对金属薄膜进行退火处理0.5-24h,利用自组装效应形成金属量子点；
(4)金属氧化物壳层的制备：在温度为500-1100℃通入0.001-100Torr的氧等离子体的条件下，对金属量子点进行氧化处理1-120min，形成金属氧化物壳层，从而获得了氧化物/金属核壳结构量子点。
8.根据权利要求7所述的氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)的预处理包括将衬底放入去离子水中，在室温下超声清洗3-5min，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。
9.根据权利要求7所述的氧化物/金属核壳结构量子点的制备方法，其特征在于，步骤(2)中沉积的方法包括热蒸发、等离子体增强化学气相沉积、分子束外延。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的氧化物/金属核壳结构量子点的应用，其特征在于，所述氧化物/金属核壳结构量子点用于制备LED、光电探测器或太阳能电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710970942.6A CN107722966B (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710970942.6A CN107722966B (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107722966A true CN107722966A (zh) | 2018-02-23 |
| CN107722966B CN107722966B (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=61211886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710970942.6A Active CN107722966B (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107722966B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108682739A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-19 | 五邑大学 | 一种金属量子点增强ZnO阻变存贮器及其制备方法 |
| CN113956868A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-21 | 佛山安亿纳米材料有限公司 | 一种具有钝化保护膜的量子点复合转光材料 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006185985A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Sony Corp | 発光デバイス及びその製造方法 |
| CN101429644A (zh) * | 2008-03-21 | 2009-05-13 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 金属或金属氧化物纳米颗粒的制备方法 |
| WO2010005381A1 (en) * | 2008-07-09 | 2010-01-14 | Qunano Ab | Optoelectronic semiconductor device |
| CN101946326A (zh) * | 2008-02-16 | 2011-01-12 | 忠北国立大学产学合作基金会 | 在室温下运行的单电子晶体管及其制造方法 |
| CN102439749A (zh) * | 2009-06-12 | 2012-05-02 | 出光兴产株式会社 | 有机电致发光元件 |
| CN102509701A (zh) * | 2011-11-17 | 2012-06-20 | 中山大学 | 一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法 |
| CN102714099A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-10-03 | Oc欧瑞康巴尔斯公司 | 电子电池应用中的核-壳纳米颗粒 |
| CN103151177A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-12 | 清华大学 | 一种染料敏化太阳能电池及其制作方法 |
| CN103325663A (zh) * | 2012-03-23 | 2013-09-25 | 北京邮电大学 | 在纳米线侧壁生长量子点的复合纳异质结构的制备方法 |
| CN103682090A (zh) * | 2012-09-17 | 2014-03-26 | 复旦大学 | 电阻型存储器的制造方法及电阻型存储器 |
| JP5661965B1 (ja) * | 2014-06-17 | 2015-01-28 | 株式会社ジーエル・マテリアルズホールディングス | 有機系太陽電池用材料及びそれを用いた有機系太陽電池、並びに、その材料の製造方法 |
| CN104766720A (zh) * | 2009-11-30 | 2015-07-08 | 欧瑞康先进科技股份公司 | 电子电池应用中的核-壳纳米颗粒 |
| CN104882490A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-09-02 | 绍兴文理学院 | 一种基于金属异质量子点的浮栅存储器及其制备方法 |
| CN106159002A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-11-23 | 北京邮电大学 | 一种基于纳米线/量子点复合结构的中间带太阳能电池及其制备方法 |
| CN106252521A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-21 | Tcl集团股份有限公司 | 一种基于金属/金属氧化物的qled器件及其制备方法 |
-
2017
- 2017-10-18 CN CN201710970942.6A patent/CN107722966B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006185985A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Sony Corp | 発光デバイス及びその製造方法 |
| CN101946326A (zh) * | 2008-02-16 | 2011-01-12 | 忠北国立大学产学合作基金会 | 在室温下运行的单电子晶体管及其制造方法 |
| CN101429644A (zh) * | 2008-03-21 | 2009-05-13 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 金属或金属氧化物纳米颗粒的制备方法 |
| WO2010005381A1 (en) * | 2008-07-09 | 2010-01-14 | Qunano Ab | Optoelectronic semiconductor device |
| CN102439749A (zh) * | 2009-06-12 | 2012-05-02 | 出光兴产株式会社 | 有机电致发光元件 |
| CN102714099A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-10-03 | Oc欧瑞康巴尔斯公司 | 电子电池应用中的核-壳纳米颗粒 |
| CN104766720A (zh) * | 2009-11-30 | 2015-07-08 | 欧瑞康先进科技股份公司 | 电子电池应用中的核-壳纳米颗粒 |
| CN102509701A (zh) * | 2011-11-17 | 2012-06-20 | 中山大学 | 一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法 |
| CN103325663A (zh) * | 2012-03-23 | 2013-09-25 | 北京邮电大学 | 在纳米线侧壁生长量子点的复合纳异质结构的制备方法 |
| CN103682090A (zh) * | 2012-09-17 | 2014-03-26 | 复旦大学 | 电阻型存储器的制造方法及电阻型存储器 |
| CN103151177A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-12 | 清华大学 | 一种染料敏化太阳能电池及其制作方法 |
| JP5661965B1 (ja) * | 2014-06-17 | 2015-01-28 | 株式会社ジーエル・マテリアルズホールディングス | 有機系太陽電池用材料及びそれを用いた有機系太陽電池、並びに、その材料の製造方法 |
| CN104882490A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-09-02 | 绍兴文理学院 | 一种基于金属异质量子点的浮栅存储器及其制备方法 |
| CN106159002A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-11-23 | 北京邮电大学 | 一种基于纳米线/量子点复合结构的中间带太阳能电池及其制备方法 |
| CN106252521A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-21 | Tcl集团股份有限公司 | 一种基于金属/金属氧化物的qled器件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王雅茹等，: "纳米Ag/Ag2O 修饰的天然竹纤维及其油水分离性能研究" * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108682739A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-19 | 五邑大学 | 一种金属量子点增强ZnO阻变存贮器及其制备方法 |
| CN113956868A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-21 | 佛山安亿纳米材料有限公司 | 一种具有钝化保护膜的量子点复合转光材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107722966B (zh) | 2024-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shen et al. | A self-powered ultraviolet photodetector based on solution-processed p-NiO/n-ZnO nanorod array heterojunction | |
| TWI408834B (zh) | 基於奈米晶粒之光電元件及其製造方法 | |
| CN102651428B (zh) | 一种梯度铁电薄膜太阳能电池的制备方法 | |
| WO2018040124A1 (zh) | 生长在r面蓝宝石衬底上的非极性LED外延片的制备方法及应用 | |
| Long et al. | Photosensitive and temperature-dependent I–V characteristics of p-NiO film/n-ZnO nanorod array heterojunction diode | |
| CN104821356B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN116190519B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| Park et al. | A III-nitride nanowire solar cell fabricated using a hybrid coaxial and uniaxial InGaN/GaN multi quantum well nanostructure | |
| CN107722966A (zh) | 一种氧化物/金属核壳结构量子点及其制备方法、应用 | |
| CN110416413A (zh) | 一种高性能梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN103996764A (zh) | 生长在Ag衬底的LED外延片及其制备方法和应用 | |
| CN113054045A (zh) | 一种可用于高速光电探测的Bi(Fe,Zn)O3/NiO全氧化物薄膜异质结 | |
| CN207659374U (zh) | 一种氧化物/金属核壳结构量子点 | |
| CN104465987B (zh) | 一种ZnO/NiO异质结构有序多孔薄膜及其制备方法 | |
| CN207938614U (zh) | 一种p-AlN/i-AlN/n-ZnO结构 | |
| CN107731971B (zh) | 一种基于光子晶体的垂直结构led芯片及其制备方法 | |
| KR20140047760A (ko) | 태양전지 광흡수층 제조방법 | |
| CN207483663U (zh) | 一种十字锥形量子点 | |
| CN107739612B (zh) | 一种十字锥形量子点及其制备方法、应用 | |
| CN107644900A (zh) | 一种p‑AlN/i‑AlN/n‑ZnO结构及其制备方法、应用 | |
| CN206225325U (zh) | 生长在铝酸镁钪衬底上的GaN薄膜 | |
| CN208848921U (zh) | 生长在硅/石墨烯复合衬底上的GaN基纳米柱LED外延片 | |
| CN105977138B (zh) | 生长在钇铝石榴石衬底上的GaN薄膜及其制备方法、应用 | |
| CN106158592A (zh) | 生长在铝酸镁钪衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN103268906B (zh) | 硫化镉薄膜及具有硫化镉薄膜的太阳能电池的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240129 Address after: 1003, Building A, Zhiyun Industrial Park, No. 13 Huaxing Road, Tongsheng Community, Dalang Street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000 Applicant after: Shenzhen Wanzhida Enterprise Management Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 529000 No. 22 Dongcheng village, Guangdong City, Jiangmen Province Applicant before: WUYI University Country or region before: China |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240514 Address after: 518 000 514, building 10, Shenzhen Bay science and technology ecological park, No.10, Gaoxin South 9th Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Chaoju Microelectronics Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 1003, Building A, Zhiyun Industrial Park, No. 13 Huaxing Road, Tongsheng Community, Dalang Street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000 Applicant before: Shenzhen Wanzhida Enterprise Management Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant |