Patents

Search tools Text Classification Chemistry Measure Numbers Full documents Title Abstract Claims All Any Exact Not Add AND condition These CPCs and their children These exact CPCs Add AND condition
Exact Exact Batch Similar Substructure Substructure (SMARTS) Full documents Claims only Add AND condition
Add AND condition
Application Numbers Publication Numbers Either Add AND condition

Zpusob dopování diamantu prenosem náboje z organických barviv

Abstract

Zpusob dopování diamantu prenosem náboje z organických barviv je charakteristický tím, že se na diamant kovalentne naváže organické barvivo a toto barvivo se vystaví svetelnému zárení. Kovalentní vazba se muže vytvorit elektrochemickou oxidací organického barviva z roztoku tak, že vodíkem zakoncený diamant slouží jako anoda v roztoku. Tento proces je možné i lokalizovat tak, že vodíkem zakoncená oblast na diamantu je prostorove vymezena pomocí izolující masky nebo pomocí oxidace. Diamant lze použít prírodní nebo syntetický na libovolné podložce. Koncentrace prímesí v diamantu není omezena.

Classifications

H01G9/2045 Light-sensitive devices comprising a semiconductor electrode comprising elements of the fourth group of the Periodic Table with or without impurities, e.g. doping materials
View 5 more classifications

Landscapes

Show more

CZ301547B6

Czechia

Other languages
English
Inventor
Rezek@Bohuslav
Cermák@Jan
Kromka@Alexander

Worldwide applications
2008 CZ 2009 WO

Application CZ20080524A events

Description

Způsob dopování diamantu přenosem náboje z organických barviv
Oblast techniky
Vynález se týká dopování polovodičů a opto-elektroniky.
Dosavadní stav techniky io
Diamant patří mezi relativně nové polovodičové materiály. Diamant představuje unikátní spojení výborných polovodičových, mechanických, chemických a biologických vlastností. Diamant je polovodič se širokým pásmem zakázaných energií (5.5 eV), takže v čistém stavuje velmi dobře elektricky izolující. Lze ho však i dopovat příměsemi (borem, fosforem, atd.) pro dosažení p15 typové nebo n-typové vodivosti. Na vodíkem zakončených površích diamantu lze navíc vygenerovat dvourozměrnou vysoce vodivou vrstvu. Díky šířce zakázaného pásu je opticky transparentní, což je významné pro optické aplikace. Diamant také vykazuje fotovodivost, zajímavé pro optoelektrické aplikace. Dále je velmi tvrdý, a mechanicky, chemicky i fyzikálně velmi stabilní. Má neobvykle široké elektrochemické okno (>3 V), kdy jeho povrch sám chemicky nerea20 guje, nicméně chemické reakce umožňuje. To je velkou výhodou pro elektrochemická měření i aplikace. Diamant je také považován za velmi biologicky kompatibilní, neboť se jedná o uhlík. Intenzivně se proto studují možnosti aplikace diamantu v protetice a biosenzorech. Diamant je možné připravit synteticky jak objemově, tak ve vrstvách na různých substrátech pomocí rozkladu methanu v plazmovém výboji.
Na základě výše uvedených vlastností proto nabývá na významu použiti diamantu v elektrochemii a jako pasivní i aktivní rozhraní k různým organickým a biologickým materiálům. Jsou vyvíjena nová zařízení v oblasti chemických senzorů, biologických senzorů, mikroelektroniky i optoelektroniky. Např. diamant se používá jako substrát pro optické i elektronické senzory DNA, jo které na něj lze velmi stabilně kovalentně navázat. Vazby organických molekul jsou na běžně používaném křemíku, oxidu křemíku, nebo zlatě výrazně slabší než na diamantu, což vede k postupné degradaci těchto rozhraní v čase na rozdíl od diamantu.
Pro elektronicky aktivní zařízení je velmi zajímavá vysoká, téměř dvourozměrná povrchová vodi35 vost na jinak nedopovaném diamantu. Ke generaci volných nosičů náboje dochází přenosem z vnějšího prostředí nebo materiálu. To umožňuje velmi snadnou výrobu plošných elektronických prvků. Tento mechanismus je také velmi významný pro další zmenšování elektronických prvků, kde přímé dopování naráží na koncentrační limity objemových dopantů. Ke vzniku povrchové vodivosti dochází primárně při kontaktu s elektrolytickým roztokem. Problémem povrchové vodivosti na bázi elektrolytického systému je však její značná fluktuace při vystavení vnějšímu prostředí Nedávno bylo ukázáno, že nanesení spojité vrstvy fullerenů také vede k vytvoření povrchové vodivosti. Depozice vrstvy fullerenů na vodíkem zakončený povrch diamantu umožňuje vygenerovat povrchovou vodivost přenosem náboje z pevné fáze bez vlivu vnějšího prostředí, neboť na povrchu drží pouze adhezi. Probíhá výzkum dalších organických materiálů, ale jiné možnosti generování povrchové vodivosti zatím nebyly zveřejněny.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky a požadavky řeší tento vynález, a to tím, že se na diamant chemicky naváže opticky aktivní organické barvivo. Toto barvivo slouží jako zdroj náboje pro diamant. Organická barviva jsou makromolekuly nebo polymery s konjugovaným systémem elektronů, který je opticky i elektronicky aktivní. Jsou také chemicky i mechanicky stabilní. Jsou proto v současnosti používána z důvodů jejich výhodných chemických vlastností (např. citlivost elek55 trické vodivosti na kyselosti prostředí, možnost navázat biologické molekuly) i opto-elektronic-t kých vlastností (např. organické displeje, fotovoltaické články, paměťová média, barviva).
Světlo-emitující diody nebo polní tranzistory řízené polem na bázi organických materiálů dnes dosahují a někdy již i předčí vlastnosti anorganických zařízení. Příkladem těchto barviv jsou např. poly-pyrol nebo poly-anilín, které mohou být snadno syntetizovány elektro-polymerací z vodných roztoků. Při polymeraci vznikají konjugované řetězce, které jsou elektricky vodivé a chemicky stabilní, s optickou absorpcí ve viditelném spektru.
Pro tento způsob dopování je diamant zakončen vodíkem. Na takto upravený diamant se kovalentně naváže organické barvivo a poté se vystaví světelnému záření. Jednou z možností je ponoio ření diamantu do roztoku s radikály organického barviva. Druhou variantou je ponoření diamantu do elektrolytického roztoku s monomerem organického barviva, přičemž se elektro-oxidační reakcí se syntetizuje polymer na povrchu diamantu tak, že diamant se připojí jako anoda a do roztoku se ponoří katoda. Katoda může být z libovolného materiálu (tzn. i diamantová). Povrch diamantu se polarizuje kladně vůči roztoku, tj. slouží jako anoda. Jako organické barvivo lze použít poly-pyrol nebo poly-anilín.
Vodíkem zakončená oblast na diamantu může být prostorově vymezena pomocí elektricky izolující masky nebo pomocí selektivní oxidace povrchu. Samotný diamant je připraven pomocí depozice z chemických par v mikrovlnném plazmatu. Může být nominálně nedopovaný (tzv, intrinsický) nebo dopovaný příměsemi. Lze použít i diamant přírodního původu.
Příklad provedení
Jako diamant se použije syntetický nominálně nedopovaný monokrystal ický diamant připravený depozicí z chemických par. Tento diamant se očistí povařením ve směsi kyselin (H2SO4+KNO3, směs 3:1) při teplotě 200 °C po dobu 30 min, pak se opláchne deionizovanou vodou a osuší proudem suchého dusíku. Dále je vrstva ošetřena kyslíkovou vysokofrekvenční plazmou s výkonem 300 W po dobu 3 min. Potom se povrch diamantu zakončí vodíkem ve vodíkové plazmě při tep30 lotě 800 °C po dobu 10 minut. Podmínky jsou následující: tlak 3000 Pa, průtok 5x10 6 m3/s, výkon plazmového generátoru 1100 W. Tím je dosaženo čistého a dobře definovaného povrchu diamantu, který je zakončen vodíkem a je výrazně hydrofobní (smáčivý úhel ~ 90°). Na část povrchu diamantu se připraví zlatá elektroda pomocí tepelného napařování.
Na vodíkem zakončený povrch diamantu se pak navážou řetízky poly-pyrolu tak, že se diamant ponoří do roztoku monomeru (pyrol) o koncentraci 0,24M a roztoku solí (NaCl) o koncentraci 0,lM a rozpustí se v deionizované vodě. Diamant se připojí jako anoda a jako katoda se použije platina. Elektrochemická oxidace probíhá při konstantním proudu -0,3 mA/cm2 a trvá přibližně jednu minutu. Po ukončení depozice se diamant s vrstvou poly-pyrolu opláchne deionizovanou vodou a osuší proudem suchého dusíku.
Pro přenos náboje se diamant s poly-pyrolem osvítí bílým světlem s intenzitou osvitu 1 -400 lux. Světlo může být i spektrálně rozloženo, přičemž největší účinnost má světlo v oblasti modré.
Průmyslová využitelnost
Výše uvedený způsob dopování diamantu přenosem náboje z organických barviv je určen pro výrobu elektronických a opto-elektronických zařízení, opto-elektronických převaděčů, chemic50 kých a biologických senzorů a budičů, lokálně chemicky a elektronicky aktivních míst na diamantu, apod.

Claims (7)
Hide Dependent

  1. s 1. Způsob dopování diamantu přenosem náboje z organických barviv, kde diamant je zakončen vodíkem, vyznačující se tím, že organické barvivo se kovalentní naváže na diamant a vystaví se světelnému záření.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovalentní vazba se připraví io ponořením diamantu do roztoku s radikály organického barviva.
  3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovalentní vazba se připraví ponořením diamantu do elektrolytického roztoku s monomerem organického barviva a elektrooxidační reakcí se syntetizuje polymer na povrchu diamantu tak, že diamant se připojí jako anoda
    15 a do roztoku se ponoří katoda.
  4. 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že organickým barvivém je poly-pyrol nebo poly-anilín.
    20
  5. 5. Způsob podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se tím, že vodíkem zakončená oblast na diamantu je prostorově vymezena pomocí elektricky izolující masky nebo pomocí selektivní oxidace povrchu.
  6. 6. Způsob podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že diamant je připraven
    25 pomocí depozice z chemických par v mikrovlnném plazmatu.
  7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že diamant je nominálně nedopovaný tzv. intrinsický.
    30 8. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že diamant je dopovaný příměsemi.