CN210516754U

CN210516754U - 一种电驱动量子点单光子源

Info

Publication number: CN210516754U
Application number: CN201921301941.3U
Authority: CN
Inventors: 刘桂芝; 何云; 王冬峰
Original assignee: Shanghai Natlinear Electronics Co ltd
Current assignee: Shanghai Natlinear Electronics Co ltd
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2029-08-08

Abstract

本实用新型提供一种电驱动量子点单光子源，所述电驱动量子点单光子源包括依次设置的基底、正电极、空穴注入层、量子点发光层、电子注入层、负电极；其中，所述量子点发光层包括绝缘膜以及位于所述绝缘膜中，且与所述空穴注入层接触的量子点，所述量子点的材料为硫化银。通过对量子点的粒径、分布设计以及材料的选用、器件结构等方面的改进，得到了一种工作在通信波长、高效率、几乎没有多光子发射、背景噪声小和环境友好的电驱动单光子源。

Description

一种电驱动量子点单光子源

技术领域

本实用新型属于半导体光电子器件的技术领域，尤其涉及一种电驱动量子点单光子源。

背景技术

量子通信是量子论和信息论结合产生的研究领域，是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，它是基于光的单量子态来实现通信的手段，由于其基于单光子的量子特性，从本质上是不可破译的，因此，量子通信能够完成经典通信手段无法完成的保密性任务，在量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码方面得到了广泛的应用。

单光子源是量子通信系统中的核心部件。量子通信的发展趋势要求单光子源具有驱动方式简单、可工作在通信波长、单光子发射效率高、尽量抑制的多光子发射和背景噪声小等特点。目前，常见的单光子源无法同时满足以上要求，例如：基于铟镓砷量子点的单光子源发射效率低、基于硒化镉量子点的单光子源无法工作在通信波段。

因此，提高发射效率、能够工作在通信波段成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电驱动量子点单光子源及其制备方法，以获得工作在通信波段、高效率、几乎没有多光子发射、背景噪声小和环境友好的电驱动量子点单光子源。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电驱动量子点单光子源，所述电驱动量子点单光子源包括依次设置的基底、正电极、空穴注入层、量子点发光层、电子注入层、负电极；其中，所述量子点发光层包括绝缘膜以及位于所述绝缘膜中，且与所述空穴注入层接触的量子点，所述量子点的材料为硫化银。

可选地，所述绝缘膜包括的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅。

可选地，所述量子点呈单层且分散分布。

可选地，相邻所述量子点之间的间距大于等于3μm。

可选地，所述量子点与所述电子注入层之间的垂直距离为2～3nm。

可选地，所述基底的材料包括石英玻璃、透明陶瓷、聚酰亚胺中的任意一种；所述正电极的材料包括氟掺杂二氧化锡、氧化铟锡中的任意一种；所述空穴注入层的材料包括聚乙烯咔唑；所述电子注入层的材料包括氧化锌；所述负电极的材料包括银、铝和金中的任意一种。

本实用新型通过对量子点的粒径、分布设计以及材料的选用、器件结构等方面的改进，得到了一种工作在通信波长、高效率、几乎没有多光子发射、背景噪声小和环境友好的电驱动单光子源。

附图说明

图1是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备方法的流程图。

图2是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中提供基底的结构示意图。

图3是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中形成正电极的结构示意图。

图4是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中形成空穴注入层的结构示意图。

图5是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中旋涂量子点的结构示意图。

图6是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中形成量子点发光层的结构示意图。

图7是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中形成电子注入层的结构示意图。

图8是本实用新型提供的电驱动量子点单光子源的制备中形成负电极的结构示意图。

元件标号说明

11 基底

12 正电极

13 空穴注入层

141 量子点

142 绝缘膜

14 量子点发光层

15 电子注入层

16 负电极

d 量子点之间间距

h 量子点到电子注入层之间的垂直距离

S1～S7 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种电驱动量子点单光子源，如图8所示，其主要包括：由底到顶依次为基底11、正电极12、空穴注入层13、量子点发光层14、电子注入层15、负电极16；其中，量子点发光层14包括绝缘膜142以及与空穴注入层13接触的硫化银量子点141。

本实用新型还提供一种调控超导纳米线的单光子探测器的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

1)提供一基底；

2)于所述基底表面沉积正电极；

3)于所述正电极表面沉积空穴注入层；

4)提供硫化银量子点，将所述量子点分散于分散液中形成量子点分散液，将所述量子点分散液旋涂于所述空穴注入层表面；

5)于所述空穴注入层表面沉积绝缘膜，所述绝缘膜包覆所述量子点，形成量子点发光层；

6)于所述量子点发光层表面沉积电子注入层；

7)于所述电子注入层表面形成负电极。

下面结合具体附图详细介绍本实用新型的技术方案。

请参阅图1中的S1及图2，进行步骤1)，提供一基底。

作为示例，基底11可以是石英玻璃、透明陶瓷、聚酰亚胺等透明材料。在本实施例中，选用石英玻璃为基底11。

请参阅图1中的S2及图3，进行步骤2)，于基底11表面沉积正电极12。

正电极12的材料可以选用氟掺杂的二氧化锡或氧化铟锡等光透导电材料。在本实施例中，选用透光性好、电阻小、电势适用范围宽、耐酸碱的氟掺杂二氧化锡作为正电极层12。

作为示例，沉积正电极12的方法可以选用磁控溅射法、化学气相沉积法等。在本实施例中，选用磁控溅射法沉积正电极12。

请参阅图1中的S3及图4，进行步骤3)，于正电极12表面沉积空穴注入层13。

作为示例，空穴注入层13的材料可以选用聚(3,4-乙撑二氧噻吩)和聚苯乙烯硫磺盐的混合物或聚乙烯咔唑中的一种。在本实施例中，选用聚乙烯咔唑作为空穴注入层13。具体的，步骤2)中，将10mg/mL的聚乙烯咔唑氯苯溶液以3000rpm/min的转速旋涂到正电极12上，然后在50℃～100℃下热处理30min，得到空穴注入层13。

请参阅图1中的S4及图5，进行步骤4)，提供硫化银量子点141，将量子点141分散于分散液中形成量子点分散液，将量子点分散液旋涂于空穴注入层13表面。

作为示例，其硫化银量子点14的粒径为2～4nm，呈圆形或近圆形。硫化银量子点是发光材料，该量子点具有几乎可忽略的毒性、高效的光致和电致发光、发射波长在近红外第一和第二窗口可调、高效的俄歇复合，使用该量子点作为发光材料，使单光子源具有可电驱动、工作在通信波长、效率高、几乎没有多光子发射和环境友好等优点。

作为示例，硫化银量子点14呈单层分布且相邻硫化银量子点14之间的间距d的范围为大于3μm。从而能够保证信号收集时不会收集到周围的量子点，避免了多光子发射。硫化银量子点14的制备方法可以采用包括微乳法、热分解法、水热法中的任意一种。

需要说明的是，在步骤4)中，量子点分散液的浓度决定着量子点之间的间距d。步骤4) 的具体过程为：将硫化银量子点141分散于分散液中，如乙醇等，然后添加量子点或乙醇使分散液形成光密度在800nm处为0.1的标准分散液，再将标准分散液用乙醇稀释100000～150000倍，得到量子点分散液。将得到的量子点分散液以5000rmp/min的转速旋涂到空穴注入层上。乙醇挥发后，得到分散排布的量子点，相邻量子点之间的间距d为3μm～4μm。

请参阅图1中的S5及图6，进行步骤5)，于空穴注入层上沉积绝缘膜142，绝缘膜包覆量子点141形成量子点发光层14。

作为示例，量子点与电子注入层之间的垂直距离h为2～3nm。由于电子通过隧道效应穿过2～3nm的绝缘膜从负电极注入到量子点，而无量子点分布的区域由于二氧化硅膜过厚，隧道效应非常弱，从而保证了复合电流集中在量子点区域作用，增加了发射效率，减缓了空穴注入层和电子注入层之间的载流子直接交换，避免了大量的载流子在空穴注入层或电子注入层及其界面发生复合，最终降低了背景噪声。

作为示例，绝缘薄膜142的材料可以选用二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯等近红外波段透过率高的材料，在本实施例中，选用二氧化硅为绝缘膜142的材料。

作为示例，步骤4)中，沉积绝缘膜的方法包括磁控溅射法或溶胶旋涂法形成，因量子点发光层14表面要求平坦，所以优选使用溶胶旋涂法。具体的，步骤4)中，以5000rpm/min的转速旋涂5mg/mL的全氢聚硅氮烷甲苯溶液，并在50℃～100℃下进行热处理30～50min，得到量子点发光层14。

请参阅图1中的S6及图7，进行步骤6)，于量子点发光层14表面沉积电子注入层15。

作为示例，电子注入层15的材料可以选用氧化锌等。在本实施例中，选用氧化锌为电子注入层，具体的，步骤6)中，将10mg/mL的氧化锌乙醇溶胶以3000rpm/min的转速旋涂到量子点发光层14表面，并在50～100℃下热处理30min得到电子注入层15。

请参阅图1中的S7及图8，进行步骤7)，于电子注入层15表面形成负电极16。

作为示例，负电极16的材料可以选用银、铝和金中的一种。在本实施例中，选用银作为负电极16。具体的，步骤7)中，利用热蒸发法在电子注入层15表面沉积银电极，形成负电极16。

实施例二

本实施例的技术方案与实施例一相似，与实施例一不同的是，在本实施例中，步骤4) 中，将所述标定分散液进一步稀释200000～250000倍，其余步骤与实施例一相同。所得的量子点发光层中量子点之间的距离为5μm～6μm。

分散的量子点，可以保证信号收集时不会收集到周围量子点的荧光，避免了多光子发射。

实施例三

实施例三本实施例的技术方法与是实施例一相似，与实施例一不同的是，本实施例中，步骤4)中，将所述标定分散液进一步稀释300000～350000倍，其余步骤与实施例一相同。所得的量子点发光层中量子点之间的距离为7μm～8μm。

综上所述，本实用新型提供一种电驱动量子点单光子源，所述电驱动量子点单光子源由底到顶依次包括基底、正电极、空穴注入层、量子点发光层、电子注入层、负电极；其中，所述量子点发光层包括绝缘膜以及位于所述绝缘膜中与所述空穴注入层接触的量子点，所述量子点的材料为硫化银。基于上述技术方案，本实用新型采用硫化银量子点并通过对量子点的粒径、分布设计以及器件结构等方面的改进，得到了一种工作在通信波段、高效率、几乎没有多光子发射、背景噪声小和环境友好的电驱动单光子源。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种电驱动量子点单光子源，其特征在于，所述电驱动量子点单光子源包括依次设置的基底、正电极、空穴注入层、量子点发光层、电子注入层、负电极；其中，所述量子点发光层包括绝缘膜以及位于所述绝缘膜中，且与所述空穴注入层接触的量子点，所述量子点的材料为硫化银。

2.根据权利要求1所述的电驱动量子点单光子源，其特征在于，所述绝缘膜的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的电驱动量子点单光子源，其特征在于，所述量子点呈单层且分散分布。

4.根据权利要求1所述的电驱动量子点单光子源，其特征在于，相邻所述量子点之间的间距大于等于3μm。

5.根据权利要求1所述的电驱动量子点单光子源，其特征在于，所述量子点与所述电子注入层之间的垂直距离为2～3nm。

6.根据权利要求1所述的电驱动量子点单光子源，其特征在于，所述基底的材料包括石英玻璃、透明陶瓷、聚酰亚胺中的任意一种；所述正电极的材料包括氟掺杂二氧化锡、氧化铟锡中的任意一种；所述空穴注入层的材料包括聚乙烯咔唑；所述电子注入层的材料包括氧化锌；所述负电极的材料包括银、铝和金中的任意一种。