DE112018000566B4 - Verfahren zur herstellung einer halbleiterstruktur umfassend einen quantenpunkt mit beschichtung, entsprechende halbleiterstruktur und beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur (800), umfassend:Bilden eines Quantenpunktes (502-506, 600, 805-810);Bilden einer Schicht aus polymerem organischem Material, das den Quantenpunkt ummantelt, um einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen; undBilden einer oder mehreren Schichten aus organischem Material (815), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, wobeidas Bilden der einen oder mehreren Schichten aus organischem Material (815), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, die Bildung einer Vielzahl von Schichten aus Polymeren mittels eines schichtweisen Abscheidungsverfahrens umfasst, wobeidas Bilden der Vielzahl von Schichten aus Polymeren mittels des schichtweisen Abscheidungsverfahrens umfasst:Eintauchen eines Substrats aus einer Vielzahl von Quantenpunkten (100, 402), einschließlich des Quantenpunkts (100, 402), die negativ geladen sind mit einer von: Poly(acrylsäure), Polyvinylphosphonsäure und phosphonsäuremodifizierter Polyacrylsäure, in eine Lösung von positiv geladenen Polyelektrolyten, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Poly(diallyldimethylammonium) (PDDA), Polyallylamin und Polyethylenimin;Spülen des Substrats mit Wasser; Bilden einer positiv geladenen Monoschicht auf der Oberfläche des Substrats mit einem von PDDA, Polyallylamin und Polyethylenimin;Eintauchen des Substrats in eine Lösung von negativ geladenem Polyelektrolyt, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Polyacrylsäure und Poly(natriumstyrolsulfonat), um eine zusätzliche Polymerschicht zu bilden; und Wiederholen des oben beschriebenen Ablaufs, um jede der Vielzahl von Schichten aus Polymeren zu bilden.

Description

  • HINTERGRUND
  • Benötigt wird eine chemische Zusammensetzung von Quantenpunkten und ein Verfahren zu deren Herstellung, das die Quantenpunkte beispielsweise vor Wasserdampf und Sauerstoff schützt, um die Lebensdauer von quantenpunktbasierten Beleuchtungs- und Anzeigevorrichtungen sowie anderen Vorrichtungen, die Quantenpunkte beinhalten, zu verlängern.
  • Die Druckschrift Li, Yaping et al., „Fabrication of tri-layer structured CdS/SiO2/sulfonated PS composite sphere and ist photocatalytic behaviour", in Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects, Vol. 486, 2015, S. 106 - 113 beschreibt einen Beschichtungsprozess von CdS-Partikeln.
    Die Druckschrift Hu, Xiaoge, Gao, Xiaohu, „Silica - polymer dual layer-encapsulated quantum dots with remarkable stability", in ACS Nano, Vol. 4, 2010, S. 6080 - 6086 beschreibt beschichtete Quantenpunkte.
  • Die Druckschrift US 2016 / 0 336 490 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Quantenpunkten mit Isolierbeschichtungen.
  • Die Druckschrift US 2010 / 0 252 807 A1 beschreibt einen Metallionensensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Die Druckschrift US 2010 / 0 233 225 A1 beschreibt ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von Bauelementen, um bioaktive Moleküle einzubringen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, umfassend das Bilden eines Quantenpunktes und das Bilden einer Schicht aus polymerem organischem Material, die den Quantenpunkt ummantelt, um einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen und diesen mit einer oder mehreren Schichten aus organischem Material zu ummanteln, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung eine entsprechend hergestellte Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 10 und eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 14 bereit.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) gemachte Aufnahme eines mit einer Isolierschicht beschichteten Quantenpunktes, bevor dieser mit einer weiteren Isolierschicht beschichtet wird.
    • 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und 2F sind Flussdiagramme gemäß verschiedenen Beispielen.
    • 3 zeigt TEM-Aufnahmen 300 von Quantenpunktpartikeln, die mit unterschiedlich dicken Metalloxidschichten beschichtet sind.
    • 4 zeigt ein Beispiel für Quantenpunkte mit einer Isolierschicht.
    • 5 ist eine Darstellung einer Halbleiterstruktur, die ein Paar aus einem nanokristallinen Kern und einer nanokristallinen Schale mit einer zusammengesetzten Übergangsschicht für eine Ausführungsform der Erfindung aufweist.
    • 6 zeigt einen Nanopartikel in einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 7 zeigt einen beschichteten Quantenpunkt.
    • 8 zeigt einen beschichteten Quantenpunkt, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde.
    • 9A, 9B, 9C, 9D, 9E und 9F sind Flussdiagramme in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung und gemäß Beispielen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es wird eine Halbleiterstruktur hergestellt, indem zuerst ein nanokristalliner Kern aus einem ersten Halbleitermaterial gebildet wird und dann aus einem anderen Halbleitermaterial eine nanokristalline Schale gebildet wird, die den nanokristallinen Kern zumindest teilweise umgibt. Es können auch zusätzliche nanokristalline Schalen gebildet werden, die das Kern-Schalen-Paar umgeben. Der nanokristalline Kern und die nanokristalline Schale(n) bilden einen Quantenpunkt. Anschließend werden mehrere Schichten gebildet, die den Quantenpunkt in einer isolierenden Struktur ummanteln. In einer Ausführungsform umfassen die Schichten eine Schicht aus polymerem organischem Material und eine oder mehrere Isolierschichten aus anorganischem Material. Durch das Aufbringen mehrerer Schichten auf einzeln ummantelte Quantenpunkte werden Defekte, die sich über die gesamte Dicke der einzelnen Schichten erstrecken könnten, unterbrochen und ziehen sich nicht kontinuierlich durch die gesamte Mehrschichtstruktur. Die mehrschichtige Ausführungsform erzeugt einen gewundenen Pfad, aufgrund dessen sich sehr lange effektive Diffusionswege für schädliche Stoffe aus der Umwelt ergeben, wodurch die Lebensdauer des Quantenpunktes sowie jeder Vorrichtung, die den Quantenpunkt beinhaltet, verlängert wird.
  • Es werden Halbleiterstrukturen mit einer dicken Isolierstruktur, die sich aus einer Vielzahl von Isolierschichten zusammensetzt, (einer „dicken Isolierbeschichtung“) und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen mit einer dicken Isolierbeschichtung beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zur Beschichtung einer Halbleiterstruktur mit mehreren Schichten eines polymeren organischen Materials beschrieben.
  • Es wurde festgestellt, dass Quantenpunkte, die mehrfach isolierbeschichtet werden, in einer Ausführungsform ergänzt um eine Basenbehandlung zwischen den einzelnen Beschichtungsdurchläufen, eine verbesserte thermische Stabilität, eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweisen, alles typisch wünschenswerte Eigenschaften für eine gute Leistung in Leuchtdioden (LED)-Packages.
  • Quantenpunkte sind Materialien, die in vielen Anwendungen von Vorteil sind, die aber unter den Umgebungs- und Betriebsbedingungen vieler Produkte, wie z.B. Leuchtdioden (LEDs) oder Solargeräten, oft Tausenden von Betriebsstunden nicht standhalten. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden Quantenpunkte für bestimmte Anwendungen robust gemacht, indem die Oberflächen der Quantenpunkte einzeln mit Schichten aus Polymermaterialien und optional Metalloxid (z.B. Siliziumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid usw.) beschichtet werden. Ein Beispiel für Quantenpunkte mit einer einzelnen Isolierschicht ist nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben. Aufgrund der unzureichenden oder porösen Deckung des Metalloxids kann die einzelne Schicht jedoch unter Umständen nicht ausreichen, um die Quantenpunkte unter allen Betriebs- oder Umgebungsbedingungen zu schützen. Das Hinzufügen zusätzlicher Schichten aus Metalloxid oder anderem Isoliermaterial macht die Quantenpunkte robuster, da die Oberflächen so zusätzlich geschützt und mangelhaft bedeckte Stellen oder Poren gefüllt werden.
  • Um sicherzustellen, dass es nicht zu einer Selbstauslöschung der Photolumineszenz oder anderen Wechselwirkungen zwischen Quantenpunkten kommt, dient die erste Metalloxid-Isolierschicht in einer Ausführungsform zusätzlich als einstellbarer Abstandshalter, der es ermöglicht, dass die Quantenpunkte vollständig dispergiert und beabstandet bleiben, bevor eine zweite Metalloxidbeschichtung aufgebracht wird. Durch Hinzufügen der ersten Metalloxidschicht, z.B. mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, sei es durch ein Reverse-Micelle- oder ähnliches Sol-Gel-Verfahren, werden die einzelnen Quantenpunkte 100 mit genügend Material 110 beschichtet, um eine ausreichende Monodispersität zu gewährleisten, wie in der Transmissionselektronenmikroskopaufnahme in 1 zu sehen ist.
  • Schließlich macht die Beschichtung von Quantenpunkten mit Metalloxid vor dem Hinzufügen weiterer Isolierbeschichtungen die Quantenpunkte temperaturbeständiger, so dass sie einer höheren Verarbeitungstemperatur standhalten können als unbeschichtete Quantenpunkte.
  • Beispiel mit einer ersten Isolierschicht aus anorganischen Materialien
  • In einem Beispiel 200A wird, mit Bezug auf das Flussdiagramm in 2A und die in 7 dargestellte Struktur 700, die Herstellung von Quantenpunkten, bestehend aus Kern 705 und Schale 710, mit mehreren Isolierbeschichtungen 715 zur Verwendung beispielsweise in On-Chip-Leuchtdiodenanwendungen beschrieben. Eine Reihe von Quantenpunkten werden mehreren Beschichtungsdurchläufen mit Siliziumoxid oder einem anderem Isoliermaterial unterzogen, z.B. in einem Sol-Gel-Verfahren, kombiniert mit einer Basenbehandlung nach jedem Beschichtungsdurchlauf. Die Quantenpunkte werden mit einer ersten Isolierschicht 715 bei 205A beschichtet. Diese erste Isolierschicht kann durch ein Reverse-Micelle-Verfahren, ein Direct-Micelle-Verfahren oder ein anderes Sol-Gel-Verfahren aufgebracht werden. Diese beschichteten Quantenpunkte werden dann bei 210A mit Base (ätzend) behandelt, worauf bei 215A das Entfernen von überschüssiger oder nicht umgesetzter Base folgt, um sicherzustellen, dass eine korrekte Menge an Base, die als Katalysator wirkt, für das Hinzufügen einer weiteren Isolierschicht verwendet wird. Abschließend werden bei 220A eine oder mehrere Isolierschichten 715 hinzugefügt, wobei nach jedem Beschichtungsdurchlauf eine Basenbehandlung erfolgt. Es gibt entsprechend den Ausführungsformen des Beispiels mehrere Verfahren, aus denen beim Hinzufügen jeder weiteren Schicht ausgewählt werden kann, einschließlich (1) des Reverse-Micelle-Verfahrens, z.B. unter Verwendung von Igepal zum Bilden der umgekehrten Mizelle, (2) des Direct-Micelle-Verfahrens, z.B. mittels AOT, (3) des Stöber-Sol-Gel-Verfahrens, (4) und eines säurekatalysierten Sol-Gel-Verfahrens durch Ansäuern einer wässrigen Lösung von Metallsilikat oder anderer Gelbildungsverfahren, die dem Fachmann bekannt sind.
  • So kann beispielsweise eine erste Schicht aus Siliziumoxid mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, wie beispielsweise einer Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion, um einzelne Quantenpunkte herum gebildet werden. Nach der Reinigung werden die mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkte mit einer Base oder einem Gemisch aus verschiedenen Basen behandelt, entweder durch direkte Zugabe der Base(n) zu einer konzentrierten Quantenpunkt-Stammlösung in Lösungsmittel oder zu einer verdünnten Lösung von Quantenpunkten. Nach der Basenbehandlung wird überschüssige oder nicht umgesetzte Base durch einen oder mehrere Waschgänge mit einem geeigneten Lösungsmittel, wie Methanol und Ethanol, entfernt. Weitere Siliziumoxidschichten können dann auf den basenbehandelten und mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkten aufgewachsen werden. Das Hinzufügen weiterer Siliziumoxid-Beschichtungen kann auf verschiedene Weise erfolgen: (1) mittels eines Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens, wie es in der US-Patentanmeldung Nr. 13/ 485,756 (veröffentlicht als US 2013/0 112 940 A1 ) beschrieben ist; (2) mittels eines Direct-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens, wie es in der US-Patentanmeldung Nr. 13/ 972,700 (veröffentlicht als US 2015/0 008 393 A1 ) beschrieben ist; oder (3) mittels eines Stöber-Sol-Gel-Verfahrens.
  • In einem weiteren Beispiel 200B, mit Bezug auf das Flussdiagramm in 2B und die in 7 dargestellte Struktur 700, die die Herstellung von Quantenpunkten mit mehreren Isolierbeschichtungen für On-Chip-Leuchtdiodenanwendungen beinhaltet, wird eine Vielzahl von Quantenpunkten mehreren Sol-Gel-Verarbeitungsdurchläufen unterzogen, die im Gegensatz zur Basenhandlung mit einer Säurebehandlung kombiniert werden, die nach jedem Verarbeitungsdurchlauf erfolgt.
  • In diesem Beispiel wird eine erste Schicht aus Siliziumoxid mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, wie beispielsweise einer Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion, bei 205B um die Quantenpunkte herum gebildet. Nach der Reinigung werden die mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkte bei 210B mit einer Säure oder einem Gemisch aus verschiedenen Säuren behandelt, entweder durch direkte Zugabe der Säure(n) zu einer konzentrierten Quantenpunkt-Stammlösung in Lösungsmittel oder zu einer verdünnten Lösung von Quantenpunkten. Nach der Säurebehandlung wird überschüssige oder nicht umgesetzte Säure bei 215B durch einen oder mehrere Waschgänge mit einem geeigneten Lösungsmittel, wie Methanol und Ethanol, entfernt, um sicherzustellen, dass eine korrekte Menge an Katalysatorbase für das Hinzufügen weiterer Schichten verwendet wird. Als nächstes können bei 220B eine oder mehrere Isolierschichten aus Siliziumoxid auf den säurebehandelten und mit Siliziumoxid isolierbeschichteten Quantenpunkten aufgewachsen werden. Das Hinzufügen weiterer Siliziumoxid-Isolierschichten kann auf verschiedene Weise erfolgen: (1) mittels eines Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens; (2) mittels eines Direct-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens; (3) mittels eines Stöber-Sol-Gel-Verfahrens oder (4) mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, bei dem die wässrige Lösung von Metallsilikat angesäuert wird.
  • In noch einem weiteren Beispiel 200C, mit Bezug auf das Flussdiagramm in 2C und die in 7 dargestellte Struktur 700, die die Herstellung von Quantenpunkten mit mehreren Isolierbeschichtungen für On-Chip-Leuchtdiodenanwendungen beinhaltet, wird eine Vielzahl von Quantenpunkten mehreren Isolierbeschichtungsdurchläufen mittels Sol-Gel-Verfahren unterzogen, zwischen denen keine chemische Behandlung erfolgt.
  • In diesem Beispiel wird eine erste Siliziumoxidschicht bei 205C beispielsweise mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, wie einer Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion, um die Quantenpunkte herum gebildet. Die mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkte werden dann bei 207C gereinigt. Nach der Reinigung werden die mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkte bei 315C einem oder mehreren weiteren Durchläufen von Siliziumoxidbeschichtung mittels eines der folgenden Verfahren unterzogen: (1) mittels eines Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens; (2) mittels eines Direct-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens; (3) mittels eines Stöber-Sol-Gel-Verfahrens oder (4) mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, bei dem die wässrige Lösung von Metallsilikat angesäuert wird.
  • In noch einem weiteren Beispiel 200D, mit Bezug auf das Flussdiagramm in 2D und die in 7 dargestellte Struktur 700, die die Herstellung von Quantenpunkten mit mehreren Isolierbeschichtungen für On-Chip-Leuchtdiodenanwendungen beinhaltet, wird eine Vielzahl von Quantenpunkten mehreren Siliziumoxidbeschichtungsdurchläufen mittels Sol-Gel-Verfahren unterzogen, wobei ein Teil der Schichten nach dem Hinzufügen mit Ätzmitteln behandelt wird.
  • In diesem Beispiel wird eine Schicht aus Siliziumoxid bei 205D mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, wie beispielsweise einem Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahren, um jeden der Quantenpunkte herum gebildet. An dieser Stelle kann die Schicht dann bei 310D mit Base oder Säure oder gar nicht behandelt werden. Wird die erste Isolierschicht mit Base oder Säure behandelt, wird das Verfahren bei 315D mit dem Entfernen überschüssiger Base oder Säure fortgesetzt. Andernfalls, oder gegebenenfalls als nächstes, werden die mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkte bei 220D einem oder mehreren weiteren Durchläufen von Siliziumoxidbeschichtung mittels eines der folgenden Verfahren unterzogen: (1) mittels eines Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens; (2) mittels eines Direct-Micelle-Sol-Gel-Verfahrens; (3) mittels eines Stöber-Sol-Gel-Verfahrens oder (4) mittels eines Sol-Gel-Verfahrens, bei dem die wässrige Lösung von Metallsilikat angesäuert wird. Die zusätzlichen Schichten der Siliziumoxidbeschichtung können wiederum mit Base oder Säure oder gar nicht behandelt werden und weitere Schichten von Siliziumoxidbeschichtung können mittels eines der oben genannten Verfahren hinzugefügt werden.
  • Andere Möglichkeiten für das Hinzufügen der Isolierschicht sind folgende (unter Verwendung von Siliziumoxid als Beispiel, aber nicht beschränkt auf Siliziumoxid): 1) während des Siliziumoxidbeschichtungsverfahrens kann einmalig ein Kieselgel-bildender Vorläufer (in engl. Precursor) eingespritzt werden; 2) während des Siliziumoxidbeschichtungsverfahrens kann mehrmalig ein Kieselgel-bildender Vorläufer eingespritzt werden; oder 3) während des Siliziumoxidbeschichtungsverfahrens kann ein Kieselgel-bildender Vorläufer unter Verwendung einer Spritzenpumpe in einer gewünschten Dosierung eingespritzt werden. 2 zeigt eine TEM-Aufnahme von beschichteten Quantenpunkten, die unter Verwendung einer Spritzenpumpe entstanden sind.
  • In einem weiteren Beispiel werden mehrere Isolierschichten aufgebracht, wobei die mehreren Schichten („Multilayer“) aus sich abwechselnden organischen und anorganischen Schichten bestehen, die die metalloxidbeschichteten Quantenpunkte ummanteln. Beispiele für die Mehrschichtummantelung sind sich abwechselnde Schichten aus anorganischen Materialien wie z.B. Al2O3, MgO und SiOx und SiNx sowie Übergangsmetallen einschließlich Kupfer, Kobalt und mittels ALD abgeschiedenem Eisen. Parylen ist ein Beispiel für eine organische Schicht in Mehrschichtstrukturen und kann aufgrund seines niedrigen Elastizitätsmoduls und seiner hydrophoben Natur als abschließende Schicht dienen.
    Eine abschließende Schicht aus Parylen verhindert außerdem ein Kondensieren von Wasser auf der Al2O3-Schicht, was das Al2O3 bekanntermaßen korrodiert. Da Parylen ein relativ flexibles Polymer ist, kann es auch zur Spannungsrelaxation während der Zugabe der mehreren anorganischen Schichten beitragen. Parylen kann durch Gasphasenabscheidung zwischen oder nach der Zugabe der anorganischen Schichten eingeführt werden. Die Parylenabscheidung kann bei Raumtemperatur erfolgen, wodurch jedes Risiko einer thermischen Schädigung der Proben ausgeschlossen ist. 3 zeigt TEM-Aufnahmen 300 von Quantenpunktpartikeln, die mit unterschiedlich dicken Metalloxidschichten beschichtet sind. Parylen ist der Handelsname für eine Vielzahl von chemischen aufgedampften Poly(p-xylylen)-Polymeren.
  • In einer Ausführungsform können wasserabsorbierende Polymere als organische Schichten verwendet werden, um Quantenpunkte vor feuchter Umgebung zu schützen. Zu den wasserabsorbierenden Polymeren gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein, Poly(vinylalkohol) PVA, Poly(ethylenoxid) PEO, Polyacrylamid, Polyacrylat, Poly(acrylsäure) und teilweise neutralisierte, leicht vernetzte Poly(acrylsäure). Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, diese wasserabsorbierenden Polymere an mit Siliziumoxid beschichtete Quantenpunkte zu binden. So kann beispielsweise die Hydroxylgruppe (OH-Gruppe) auf der Außenfläche einer Siliziumoxid-Isolierschicht zunächst mit Cyanurchlorid, einem multifunktionalen Vernetzer, reagieren. Anschließend kann PVA durch Reaktion mit dem Cyanurchlorid an die Außenfläche der Siliziumoxidschicht gebunden werden. In einem weiteren Beispiel wird die Siliziumoxidschicht zunächst mit Aminosilanen modifiziert, um funktionelle Aminogruppen auf der Außenfläche bereitzustellen. Mit Hilfe klassischer Carbodiimid-Kopplungschemie kann Poly(acrylsäure) an die Außenfläche der Siliziumoxid-Isolierschicht gebunden werden.
  • Mehrlagige wasserabsorbierende Polymerschichten können mittels eines einfachen, eleganten, schichtweisen (engl. layer-by-layer, LBL) Verfahrens aufgebaut werden. Der LBL-Aufbau umfasst das Eintauchen eines geladenen Substrats, beispielsweise von Quantenpunkten, die mit Poly(acrylsäure) negativ geladen sind, in eine Lösung von positiv geladenem Polyelektrolyt, wie beispielsweise Poly(diallyldimethylammonium) (PDDA). Nach dem Spülen mit Wasser bildet PDDA eine positiv geladene Monoschicht auf der Oberfläche des Substrats. Das Eintauchen in eine Lösung aus negativ geladenem Polyelektrolyt bildet eine neue Schicht und dreht dadurch die Oberflächenladung um. Dieser Zyklus kann beliebig oft wiederholt werden, um einen Schichtaufbau aus wasserabsorbierenden Polymeren auf den Quantenpunkten zu erhalten.
  • Die obigen Beispiele beschreiben unter Bezugnahme auf die 2A-2D und die in 7 dargestellte Struktur 700 die Herstellung von Quantenpunkten, bestehend aus Kern 705 und Schale 710, mit mehreren Isolierbeschichtungen 715 zur Verwendung beispielsweise in On-Chip-Leuchtdiodenanwendungen. Eine Anzahl von Quantenpunkten wird mehreren Beschichtungsdurchläufen mit Siliziumoxid oder einem anderen Isoliermaterial unterzogen, z.B. mittels Sol-Gel-Verfahren, optional kombiniert mit einer Säure- oder Basenbehandlung nach jedem Beschichtungsdurchlauf. Die Quantenpunkte werden bei 205A/ 205B/ 205C und 205D mit einer ersten Isolierschicht 715 beschichtet. Die obigen Beispiele beschreiben, dass diese erste Isolierschicht durch ein Reverse-Micelle-Verfahren, ein Direct-Micelle-Verfahren oder ein anderes Sol-Gel-Verfahren aufgebracht werden kann. Gemäß eines weiteren Beispiels 200E kombiniert das Verfahren zum Beschichten von Quantenpunkten mit einer ersten Isolierschicht Quantenpunkte, Tenside, ein Aminosilan und einen Siliziumoxid-Precursor, um die erste Siliziumoxid-Isolierschicht zu bilden. Die Chemikalien sind ähnlich wie in den vorstehenden Beispielen beschrieben, aber es werden keine Mizellen gebildet, so dass das Beispiel kein Reverse-Micelle-Verfahren beinhaltet.
  • In dem Beispiel 200E, mit Bezug auf 2E, werden Quantenpunkte bei 205E in einer Cyclohexan(Cy)-Flüssigkeit dispergiert, um eine Lösung zu erzeugen. Ein Tensid, wie Polyoxyethylen(5)nonylphenylether, wird der Lösung bei 210E zugesetzt. Dann wird der Quantenpunktlösung bei 215E ein Aminosilan zugesetzt.
  • Nach einigen Minuten des Mischens wird bei 220E ein Alkohol (MeOH, EtOH, IPA usw.) hinzugefügt. Das hier verwendete Tensid soll dazu beitragen, Quantenpunkte mit unpolaren hydrophoben Liganden auf der Oberfläche in einem polaren Lösungsmittel wie Alkohol zu dispergieren. Zu diesem Zeitpunkt ist die Quantenpunktlösung optisch klar. Anschließend werden der Quantenpunktlösung bei 225E Ammoniumhydroxid und Tetraorthosilikat (TEOS) zugegeben, um die Reaktion zu starten, bei der die Quantenpunkte mit einer Siliziumoxidschicht beschichtet werden.
  • Im Vergleich zum Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahren, das in den im Zusammenhang mit den 2A-2D beschriebenen Beispielen verwendet wird, ist dieses Beispiel effektiver bei der Züchtung großer Siliziumoxidpartikel mit Durchmessern von Hunderten von Nanometern bis zu einigen Mikrometern. Im Gegensatz zum Mizellenverfahren wird bei diesem Beispiel keine größenbegrenzende Mizelle gebildet. Dadurch können die Siliziumoxidpartikel viel größer werden.
  • In noch einem weiteren Beispiel, 200F, mit Bezug auf 2F, werden Quantenpunkte mit unpolaren organischen Liganden auf der Oberfläche mit polaren Liganden wie Polyallylamin und Polyethylenimin ausgetauscht, um die erste Isolierschicht aus Siliziumoxid zu bilden. Diese Aminpolymere haben mehrere Bindungsgruppen, die es ihnen ermöglichen, sich viel fester an die Quantenpunkte anzuheften als die einzähnigen Liganden, die in der Quantenpunktsynthese weit verbreitet sind. Außerdem sind die Aminpolymere sowohl in Alkohol als auch in Wasser löslich, so dass beim Aufwachsen der Siliziumoxidschicht um die Quantenpunkte herum mittels des Stöber-Sol-Gel-Verfahrens große Partikel effektiv wachsen können.
    In dem Beispiel 200F werden Quantenpunkte mit unpolaren organischen Liganden auf der Oberfläche bei 205F unter Rühren mit Aminosilanen vermischt. In Alkohol gelöstes Polyethylenimin wird dann zu den Quantenpunkten hinzugefügt und bei 210F über Nacht bei Raum- oder höherer Temperatur gerührt. In einem weiteren Beispiel wird anstelle von Polyethylenimin Polyallylamin verwendet. In einem weiteren Beispiel wird dem Quantenpunkt bei 205F kein Aminosilan hinzugefügt. Stattdessen werden die Quantenpunkte bei 210F direkt mit Polyallylamin oder Polyethylenimim vermischt. Nach dem Ligandenaustausch können überschüssige Lösungsmittel bei 215F mit einem Rotationsverdampfer entfernt werden. Zu den restlichen Quantenpunkten wird Wasser oder Alkohol zugegeben, um die Quantenpunkte bei 220F zu dispergieren. Anschließend werden die Quantenpunkte bei 225F mit einem Ultrafiltrationsfilter gereinigt, um überschüssiges Polymer zu entfernen. Schließlich können bei 230F Isolierschichten aus Siliziumoxid mittels des Stöber-Sol-Gel-Verfahrens um die polyaminbeschichteten Quantenpunkte herum gewachsen werden, indem die Quantenpunkte einfach mit Tetraorthosilikat (TEOS) oder einem anderen geeigneten Precursor und Ammoniumhydroxid in einem Alkohol-Wasser-Gemisch gemischt werden.
  • Ausführungsformen der Erfindung mit einer ersten Schicht aus polymeren organischen Materialien
  • Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf polymere mehrschichtige Schutzbeschichtungen um Quantenpunkte herum und insbesondere auf Verfahren zum Beschichten von Quantenpunkten mit einem Polymer durch Oberflächenligandenaustausch, einschließlich eines zweistufigen Ligandenaustauschverfahrens zum Ummanteln der Quantenpunkte mit einem Polymer, und optional Verfahren zum Bilden einer oder mehrerer anorganischer Isolierschichten über den mit Polymerschichten beschichteten Quantenpunkten für einen erhöhten Schutz, einschließlich Verfahren zum Wachsen einer Siliziumoxidschicht um polymerbeschichtete Quantenpunkte.
  • Mit Bezug auf 4 werden die Oberflächen der Quantenpunkte (QDs) direkt nach der Synthese der Quantenpunkte mit hydrophoben Liganden bedeckt, wie z.B. Trioctylphosphin/Trioctylphosphinoxid (TOP/ TOPO), Hexadecylamin (HDA), Ölsäure und Octadecylphosphonsäure (ODPA), die in polaren Lösungsmitteln wie Alkohol und Wasser unlöslich sind. Diese Liganden gelten im Allgemeinen als einzähnig, da sie nur eine Koordinations- oder Chelatgruppe aufweisen, mit der sie sich an die Quantenpunkte binden können. Aufgrund des dynamischen Verhaltens der Wechselwirkungen zwischen der QD-Oberfläche und dem Liganden können jedoch Liganden mit nur einer Ankergruppe bei Verdünnung von der QD-Oberfläche desorbieren, was zu einer QD-Ausfällung oder einer sonstigen Veränderung der QD-Oberfläche führt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ermöglicht ein Austausch dieser Liganden mit mehrzähnigen Polymerliganden die Anpassung der Löslichkeit der Quantenpunkte in verschiedenen Lösungsmitteln und verbessert die langfristige Kolloid- und Fotostabilität. Die mehrzähnige Natur von Polymerliganden mit mehreren Ankergruppen, die sich an Quantenpunkte binden, verringert die Wahrscheinlichkeit der Desorption und führt zu stabileren Quantenpunkten.
  • Im Allgemeinen bietet das Ligandenaustauschverfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung eine effiziente Möglichkeit, eine Oberflächenmodifikation zu erreichen, und neue Liganden können die Löslichkeit vielseitig verändern oder spezifische Funktionalitäten in QDs einbringen.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 8, 9A, 9B, 9C, 9D, 9E und 9F beschrieben, einschließlich: neuer Zusammensetzungen und Verfahren zum Beschichten von Quantenpunkten mit Polymerliganden; neuer Zusammensetzungen und Verfahren zum Beschichten von Quantenpunkten mit mehreren Schichten von Polymeren, um die Quantenpunkte weiter von einer äußeren Umgebung abzuschirmen; und neuer Zusammensetzungen und Verfahren zum weiteren Wachsen von Isolierschichten aus anorganischen Materialien, z.B aus Siliziumoxid, um mit Polymerschichten beschichtete Quantenpunkte herum, um beispielsweise Quantenpunkte vor Wasserdampf und Sauerstoff zu schützen, um die Lebensdauer von quantenpunktbasierten Vorrichtungen zu verlängern.
  • Polymerliganden und Austauschverfahren
  • Ein Beispiel unter Bezugnahme auf 9A beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur, umfassend das Bilden eines Quantenpunktes bei 905 und das Bilden einer Schicht aus polymerem organischem Material, die den Quantenpunkt ummantelt, um bei 910 einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen. Ausführungsformen des Beispiels sehen die Verwendung der folgenden Polymere als Schicht aus organischem Material vor: Polyacrylsäure (PAA) als wasserabsorbierendes Polymer, teilweise oder vollständig mit Phosphonsäure modifizierte Polyacrylsäure, Polyphosphonsäuren wie z.B. Poly(vinylphosphonsäure) (PVPA) und Polyaminpolymere wie z.B. Polyallylamin und Polyethylenimin (PEI).
  • Es gilt aufgrund der sterischen Hinderung als schwierig, einen direkten Ligandenaustausch an den bestehenden Quantenpunkten mit Polyacrylsäure oder Polyvinylphosphonsäure durchzuführen. Unter Bezugnahme auf 9B verwenden die hier beschriebenen Ausführungsformen des Beispiels ein zweistufiges Verfahren, um Quantenpunkte effizient mit den oben genannten Polymeren zu beschichten. In diesem zweistufigen Verfahren werden Quantenpunkte bei 920 zunächst einem Ligandenaustausch unterzogen und mit einem Thioliganden wie Thioglycerin, Thioglykolsäure, L-Cystein, Dihydroliponsäure oder einem Imidazol-Liganden wie Histidin, Carnosin usw. versehen. Diese kleinen Liganden, die im ersten Schritt verwendet werden, können die organischen Liganden auf der QD-Oberfläche effektiv ersetzen und die QDs wasserlöslich machen. Im zweiten Schritt bei 925 werden diese wasserlöslichen Quantenpunkte mit dem Polymerliganden ausgetauscht, wodurch polymerkoordinierte Quantenpunkte mit negativen Nettoladungen auf der Oberfläche entstehen.
  • Das zweistufige Ligandenaustauschverfahren lässt sich auch gut mit Polyallylamin oder Polyethylenimin durchführen. Im ersten Schritt wird L-Cystein oder Cysteamin als Ersatz für die ursprünglichen Liganden auf der bestehenen QD-Oberfläche verwendet, um den QD wasserlöslich zu machen. Im zweiten Schritt werden diese wasserlöslichen Quantenpunkte mit dem Aminpolymer in Wasser ausgetauscht, wodurch polymerkoordinierte Quantenpunkte mit positiven Nettoladungen auf der Oberfläche entstehen.
  • In Bezug auf 9C wird bei einer weiteren Ausführungsform des Beispiels der Ligandenaustausch mit Aminpolymeren durchgeführt. Die bestehenden QDs können zunächst mit Pyridin gemischt werden, um die ursprünglichen organischen Liganden auf der Oberfläche der QDs zu ersetzen, was in Schritt 930 geschieht. Danach wird in Schritt 935 die QD-Lösung tropfenweise in einem Alkohol gelösten Aminpolymeren zugesetzt, damit das Aminpolymer das Pyridin verdrängen kann.
  • Ein Vorteil der Verwendung von Polyphosphonsäure gegenüber Polyacrylsäure als Ligand für QDs ist ihre große Spannbreite an Wasserlöslichkeit. Polyphosphonsäurebeschichtete Quantenpunkte können stabil in sauren, neutralen und basischen wässrigen Lösungen dispergiert werden, während polyacrylsäurebeschichtete Quantenpunkte nur in basischen wässrigen Lösungen als stabil gelten. Aufgrund der begrenzten kommerziellen Verfügbarkeit von Polyphosphonsäure wird bei einer Ausführungsform der Erfindung Polyacrylsäure als Templat für die Synthese von phosphonsäuremodifizierter Polyacrylsäure verwendet. Die Carbonsäuregruppen an der Polyacrylsäure können durch Reaktion mit einer Aminophosphonsäure, wie beispielsweise 2-Aminoethylphosphonsäure, unter Verwendung der Carbodiimid-Kopplungschemie in Phosphonsäure umgewandelt werden. Der Prozentsatz der Carbonsäuregruppen, die umgewandelt werden sollen, kann durch die Menge der der Reaktion zugegebenen Aminophosphonsäure gesteuert werden. Theoretisch kann ein Anteil von 0 bis 100% der Carbonsäuren in Phosphonsäuren umgewandelt werden.
  • Quantenpunkte mit mehrschichtigen Polymerliganden
  • Um Quantenpunkte weiter von der Umgebung abzuschirmen, werden gemäß der Erfindung mehrere Polymerschichten auf die QDs aufgebracht werden. Mit Hilfe der oben genannten Polymerliganden als Bausteine können mehrere Polymerschichten mittels eines Schicht-für-Schicht (LBL)-Abscheidungsverfahrens um die Quantenpunkte herum aufgewachsen werden. Die schichtweise Abscheidung von Polyelektrolyten hat aufgrund ihrer Einfachheit und Vielseitigkeit große Aufmerksamkeit erregt. Darüber hinaus hat diese Technik den Vorteil, dass sie eine Anpassung der Dicke, der Struktur und der Zusammensetzung der Schutzfilme im Nanobereich ermöglicht.
  • Unter Bezugnahme auf 9D beginnt der LBL-Aufbau bei 940 mit dem Eintauchen eines geladenen Substrats, z.B. von Quantenpunkten, die negativ mit Poly(acrylsäure), Polyvinylphosphonsäure oder phosphonsäuremodifizierter Polyacrylsäure geladen sind, in eine Lösung von positiv geladenen Polyelektrolyten wie Poly(diallyldimethylammonium) (PDDA), Polyallylamin und Polyethylenimin. Nach dem Spülen mit Wasser in Schritt 945 bildet das PDDA, Polyallylamin oder Polyethylenimin in Schritt 950 eine positiv geladene Monoschicht auf der Oberfläche des Substrats. Das Eintauchen in eine Lösung von negativ geladenem Polyelektrolyt wie z.B. Polyacrylsäure und Poly(natriumstyrolsulfonat) bildet in Schritt 955 eine neue Schicht, wodurch die Oberflächenladung umgedreht wird. Dieser Zyklus kann beliebig oft wiederholt werden, um einen Aufbau aus Polymerschichten auf den Quantenpunkten zu erhalten.
  • Wasserabsorbierende Polymere können als organische Schichten verwendet werden, um Quantenpunkte vor feuchter Umgebung zu schützen. Gemäß Ausführungsformen gehören zu den wasserabsorbierenden Polymeren, ohne auf diese beschränkt zu sein: Poly(vinylalkohol) PVA, Poly(ethylenoxid) PEO, Polyacrylamid, Polyacrylat, Poly(acrylsäure) und teilweise neutralisierte, leicht vernetzte Poly(acrylsäure). Mit dem LBL-Verfahren können die Quantenpunkte mit Schichten aus wasserabsorbierenden Polymeren ummantelt werden.
  • Nafion ist ein perfluorsulfoniertes Ionomer mit hydrophobem fluoriertem Grundgerüst und hydrophilen Sulfonsäuregruppen. Bei Nafion werden unterschiedliche Wasseraufnahmeeigenschaften aus Flüssig- und Dampfphase beobachtet, wobei die Wasseraufnahme aus Dampf um zwei Größenordnungen langsamer ist als die aus Flüssigkeit. Ein einzelnes Sulfonsäuregruppenmolekül in Nafion ist in der Lage, sich mit bis zu 23 H2O-Molekülen zu verbinden. Nafion wurde in einer Ausführungsform in die Barriereschicht bei filmbasierten Quantenpunktvorrichtungen zur Verringerung der Wasserdampfdurchlässigkeit eingeführt.
  • In einer Ausführungsform mit Bezug auf 9E werden Quantenpunkte, die mit Poly(acrylsäure) negativ geladen sind, in Schritt 960 in einer Lösung von positiv geladenen Polyelektrolyten wie Poly(diallyldimethylammonium) (PDDA), Polyallylamin und Polyethylenimin dispergiert. Nach dem Spülen mit Wasser in Schritt 965 bildet das PDDA, Polyallylamin oder Polyethylenimin in Schritt 970 eine positiv geladene Monoschicht auf der Oberfläche des Substrats. Durch Eintauchen in eine Lösung von negativ geladenem Nafion in Schritt 975 werden die Quantenpunkte mit diesem Feuchtigkeitsbarrierefilm ummantelt. Dieser Zyklus kann beliebig oft wiederholt werden, um einen Aufbau aus Nafion-Schichten auf den Quantenpunkten zu erhalten.
  • Hinzufügen einer anorganischen Isolierschicht auf polymerbeschichteten Quantenpunkten
  • Unter Bezugnahme auf 9A kann/können in Schritt 915 (eine) anorganische Isolierschicht(en) um mit Polymerschichten beschichtete Quantenpunkte gewachsen werden. In einer Ausführungsform werden die Schichten aus anorganischen Materialien wie Al2O3, MgO und SiOx und SiNx sowie Übergangsmetallen einschließlich Kupfer, Kobalt und Eisen auf die polymerbeschichteten Quantenpunkte aufgebracht, beispielsweise mittels eines ALD-Verfahrens. Die Kombination aus anorganischen Isolierschichten und Polymerschichten kann ein effektiver Weg sein, Quantenpunkte vor Wasserdampf und Sauerstoff zu schützen und so die Lebensdauer von quantenpunktbasierten Beleuchtungs- und Anzeigevorrichtungen zu verlängern.
  • In einer solchen Ausführungsform wird eine Isolierschicht aus Siliziumoxid, die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt, mittels einer Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion erzeugt. Unter Bezugnahme auf 9F beinhaltet beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion in Schritt 980 das Hinzufügen von polymerbeschichteten, in Wasser dispergierten Quantenpunkten zu einer zweiten Lösung mit einem in einem unpolaren Lösungsmittel gelösten Tensid. Anschließend wird der Quantenpunktlösung in Schritt 985 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS), 3-Mercaptotrimethoxysilan oder ein Silan, das eine Phosphonsäure- oder Carbonsäuregruppe umfasst, zugesetzt. Dann werden Tetraorthosilikat (TEOS) oder ein geeigneter Precursor und Ammoniumhydroxid hinzugefügt, um in Schritt 990 mit der Herstellung der Siliziumoxid-Isolierschicht zu beginnen.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform können Siliziumoxid-Isolierschichten mittels Stöber-Sol-Gel-Verfahren auf Quantenpunkten mit einer Polyallylamin- oder Polyethylenimin-Schicht auf der äußersten Oberfläche aufgewachsen werden. Diese Aminpolymere sind sowohl in Alkohol als auch in Wasser löslich, so dass beim Aufwachsen der Siliziumoxid-Isolierschicht um die Quantenpunkte herum mittels des Stöber-Sol-Gel-Verfahrens große Partikel effektiv wachsen können.
  • Verglichen mit dem Reverse-Micelle-Sol-Gel-Verfahren ist dieses neuartige Verfahren effektiver, um große Siliziumoxidpartikel mit Durchmessern von Hunderten Nanometern bis zu einigen Mikrometern zu züchten. Anders als beim Mizellenverfahren wird bei diesem neuen Verfahren keine größenbegrenzende Mizelle gebildet. Dadurch können die Siliziumoxidpartikel viel größer werden.
  • In einer Ausführungsform werden Siliziumoxidschichten mittels Stöber-Sol-Gel-Verfahrens um die polyaminbeschichteten Quantenpunkte herum gewachsen, indem die Quantenpunkte einfach mit Tetraorthosilikat (TEOS) oder einem geeigneten Precursor und Ammoniumhydroxid in einem Alkohol-Wasser-Gemisch gemischt werden.
  • So ergeben Ausführungsformen der Erfindung die Halbleiterstruktur 800 in 8, bei der ein Quantenpunkt, der einen nanokristallinen Kern 805 umgeben von einer nanokristallinen Schale 810 umfasst, von einer Schicht aus polymerem organischem Material 815 ummantelt wird, um einen polymerbeschichteten Quantenpunkt zu erzeugen, wobei die Halbleiterstruktur weiterhin eine oder mehrere zusätzliche Schichten aus organischem Material umfasst, um den polymerbeschichteten Quantenpunkt weiter zu ummanteln. In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halbleiterstruktur weiterhin eine oder mehrere Isolierschichten aus anorganischem Material 820, wie den oben genannten Metalloxiden, die den polymerbeschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Mit Octadecylphosphonsäure (ODPA) beschichtete CdSe/CdS-Nanokristalle in Cyclohexan, hergestellt nach Beispiel 2 des US-Patents Nr. 9153734 , veröffentlicht als US 9153734 B2 , wurden mit in Na2C03 gelöster Thioglykolsäure gemischt. Die Mischung wurde 4 Stunden lang bei 90 °C gerührt, dann über Nacht bei Raumtemperatur. Am nächsten Morgen wurden Quantenpunkte in der wässrigen Phase extrahiert und mit einem Ultrafiltrationsfilter gereinigt. Gereinigte wasserlösliche Quantenpunkte wurden in einem basischen wässrigen Puffer dispergiert.
  • Beispiel 2
  • Mit Octadecylphosphonsäure (ODPA) beschichtete CdSe/CdS-Nanokristalle in Cyclohexan, hergestellt nach Beispiel 2 des US-Patents Nr. 9153734 , veröffentlicht als US 9153734 B2 , wurden mit im wässrigen Puffer von Natriumcarbonat gelöstem L-Cystein gemischt. 1-Butanol wurde hinzugefügt, um den Transfer von Quantenpunkten von der organischen Phase in die wässrige Phase zu erleichtern. Die Mischung wurde 4 Stunden lang bei 60 °C gerührt, dann über Nacht bei Raumtemperatur. Am nächsten Morgen wurden Quantenpunkte in der wässrigen Phase extrahiert und mit einem Ultrafiltrationsfilter gereinigt. Gereinigte wasserlösliche Quantenpunkte wurden in Wasser dispergiert.
  • Beispiel 3
  • Mit Thioglykolsäure beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte aus Beispiel 1 wurden mit 2% in Na2C03 gelöster Polyacrylsäure gemischt. Um sicherzustellen, dass die Quantenpunkte monodispergiert sind, wurden der Polyacrylsäurelösung unter kräftigem Rühren tropfenweise wasserlösliche Quantenpunkte zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, damit die Polyacrylsäure die Thioglykolsäure auf den Quantenpunkten ersetzen konnte. Die Reinigung erfolgte, indem die Quantenpunkte einen Ultrafiltrationsfilter durchliefen. Gereinigte wasserlösliche Quantenpunkte wurden in einem basischen wässrigen Puffer dispergiert.
  • Beispiel 4
  • Mit Thioglykolsäure beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte aus Beispiel 1 wurden mit 2 % in Na2C03 gelöster Poly(vinylphosphonsäure) gemischt. Um sicherzustellen, dass die Quantenpunkte monodispergiert sind, wurden der Poly(vinylphosphonsäure)-Lösung unter kräftigem Rühren tropfenweise mit Thioglykolsäure beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, damit die Poly(vinylphosphonsäure) die Thioglykolsäure auf den Quantenpunkten ersetzen konnte. Die Reinigung erfolgte, indem die Quantenpunkte einen Ultrafiltrationsfilter durchliefen. Gereinigte wasserlösliche Quantenpunkte wurden in einem basischen wässrigen Puffer dispergiert.
  • Beispiel 5
  • Die Carbonsäuregruppen an der Polyacrylsäure wurden durch Reaktion mit 2-Aminoethylphosphonsäure unter Verwendung von 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid in Phosphonsäure umgewandelt. Der Prozentsatz der umzuwandelnden Carbonsäuregruppen kann durch die Menge an Aminophosphonsäure gesteuert werden, die der Reaktion zugegeben wird. Theoretisch kann ein Anteil von 0 bis 100% der Carbonsäuren in Phosphonsäuren umgewandelt werden.
  • Mit Thioglykolsäure beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte aus Beispiel 1 wurden mit 2% in Na2CO3 gelöster 2-Aminoethylphosphonsäure-modifizierter Polyacrylsäure gemischt. Um sicherzustellen, dass die Quantenpunkte monodispergiert sind, wurden der Polymerlösung unter kräftigem Rühren tropfenweise mit Thioglykolsäure beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, damit der Polymerligand die Thioglykolsäure auf den Quantenpunkten ersetzen konnte. Die Reinigung erfolgte, indem die Quantenpunkte einen Ultrafiltrationsfilter durchliefen. Gereinigte wasserlösliche Quantenpunkte wurden in einem basischen wässrigen Puffer dispergiert.
  • Beispiel 6
  • Mit L-Cystein beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte aus Beispiel 2 wurden mit 2% in Wasser gelöstem Polyethylenimin vermischt. Um sicherzustellen, dass die Quantenpunkte monodispergiert sind, wurden der Polyethyleniminlösung unter kräftigem Rühren tropfenweise mit L-Cystein beschichtete wasserlösliche Quantenpunkte zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt, damit das Polyethylenimin das L-Cystein auf den Quantenpunkten ersetzt. Die Reinigung erfolgte, indem die Quantenpunkte einen Ultrafiltrationsfilter durchliefen. Gereinigte wasserlösliche Quantenpunkte wurden in Wasser dispergiert. In einem weiteren Beispiel wurden gereinigte Quantenpunkte in Ethanol dispergiert.
  • Beispiel 7
  • Mit Polyacrylsäure beschichtete Quantenpunkte aus Beispiel 3 wurden mit in Cyclohexan gelöstem (Polyoxyethylen(5)nonylphenylether) gemischt. 3-Aminopropyltrimethoxysilan wurde hinzugefügt und etwa 30 Minuten lang gerührt. NH4OH (29 Gew.-%) wurde der Lösung, unmittelbar gefolgt von TEOS, zugesetzt. Die Lösung wurde etwa 16 Stunden lang gerührt, so dass das Gemisch reagieren konnte, bis sich eine Siliziumoxidschicht um den Nanokristall gebildet hatte. Die Mizellen werden von IPA aufgebrochen und mit einer Zentrifuge gesammelt. Die mit SiO2 beschichteten Partikel können in Toluol redispergiert oder zur Polymerintegration in Cyclohexan zurückgelassen werden.
  • Beispiel 8
  • Quantenpunkte aus Beispiel 5, die mit phosphonsäuremodifizierter Polyacrylsäure beschichtet sind, wurden mit in Cyclohexan gelöstem (Polyoxyethylen(5)nonylphenylether) gemischt. 3-Aminopropyltrimethoxysilan wurde hinzugefügt und etwa 30 Minuten lang gerührt. NH4OH (29 Gew.-%) wurde der Lösung, unmittelbar gefolgt von TEOS, zugesetzt. Die Lösung wurde etwa 16 Stunden lang gerührt, so dass das Gemisch reagieren konnte, bis sich eine Siliziumoxidschicht um den Nanokristall gebildet hatte. Die Mizellen werden von IPA aufgebrochen und mit einer Zentrifuge abgekühlt. Die mit SiO2 beschichteten Partikel können in Toluol redispergiert oder zur Polymerintegration in Cyclohexan belassen werden.
  • Beispiel 9
  • Mit Polyethylenimin beschichtete Quantenpunkte aus Beispiel 6 wurden in einem Ethanol-Wasser-Gemisch dispergiert. 3-Aminopropyltrimethoxysilan wurde hinzugefügt und etwa 30 Minuten lang gerührt. NH4OH (29 Gew.-%) wurde der Lösung, unmittelbar gefolgt von TEOS, zugesetzt. Die Lösung wurde etwa 16 Stunden lang gerührt, so dass das Gemisch reagieren konnte, bis sich eine Siliziumoxidschicht um den Nanokristall gebildet hatte. Das Reaktionsgemisch wurde mit IPA gewaschen und mit einer Zentrifuge gesammelt. Die mit SiO2 beschichteten Partikel können in Toluol redispergiert oder zur Polymerintegration in Cyclohexan zurückgelassenwerden.
  • Ausführungsbeispiel 10
  • Eine verdünnte Lösung aus mit Polyacrylsäure beschichteten Quantenpunkten wurde einer Poly(diallyldimethylammonium)(PDDA)-Lösung unter kräftigem Rühren tropfenweise zugesetzt. Nach 5 Minuten wurden die Quantenpunkte gereinigt, indem sie durch einen Ultrafiltrationsfilter geleitet wurden. Destilliertes Wasser wurde hinzugefügt, um die Quantenpunkte zu dispergieren. Danach wurden positiv geladene Quantenpunkte unter kräftigem Rühren tropfenweise in die wässrige Polyacrylsäurelösung gegeben. Nach 5 Minuten wurden die Quantenpunkte gereinigt, indem sie durch einen Ultrafiltrationsfilter geleitet wurden. Durch wiederholte Zugabe von Quantenpunkten in PDDA- und Polyacrylsäurelösungen können zusätzliche Polymerschichten um die Quantenpunkte herum gebildet werden, bis die gewünschte Anzahl von Schichten erreicht ist.
  • Ausführungsbeispiel 11
  • Eine verdünnte Lösung aus mit Polyacrylsäure beschichteten Quantenpunkten wurde einer Polyethylenimin(PEI)-Lösung unter kräftigem Rühren tropfenweise zugesetzt. Nach 5 Minuten wurden die Quantenpunkte gereinigt, indem sie durch einen Ultrafiltrationsfilter geleitet wurden. Destilliertes Wasser wurde hinzugefügt, um die Quantenpunkte zu dispergieren. Danach wurden positiv geladene Quantenpunkte unter kräftigem Rühren tropfenweise in die wässrige Polyacrylsäurelösung gegeben. Nach 5 Minuten wurden die Quantenpunkte gereinigt, indem sie durch einen Ultrafiltrationsfilter geleitet wurden. Durch wiederholte Zugabe von Quantenpunkten in PEI- und Polyacrylsäurelösungen können zusätzliche Polymerschichten um die Quantenpunkte herum gebildet werden, bis die gewünschte Anzahl von Schichten erreicht ist.
  • Beispiel für Quantenpunkte mit einer Isolierschicht
  • Wie vorstehend erläutert, beinhalten Ausführungsformen der Erfindung das Bilden mehrerer Isolierbeschichtungen auf polymerbeschichteten Quantenpunkten, einschließlich optionaler Basen- oder Säurebehandlungen zwischen den Beschichtungen. Im Folgenden wird ein Beispiel für Quantenpunkte angegeben, die nach den oben beschriebenen Verfahren mit Isolierschichten behandelt und/oder beschichtet werden können. Obwohl sich die folgenden Beispiele in manchen Fällen auf eine erste oder einzelne Isolierbeschichtung beziehen können, gilt die Beschreibung für jede der mehreren Isolierbeschichtungen. Außerdem gelten die oben beschriebenen Verfahren für jede Art von Quantenpunkten und sind nicht auf die unten beschriebenen beschichteten Quantenpunkte beschränkt. In einer allgemeinen Ausführungsform umfasst eine Halbleiterstruktur einen nanokristallinen Kern, der aus einem ersten Halbleitermaterial gebildet ist. Die Halbleiterstruktur umfasst weiterhin eine nanokristalline Schale gebildet aus einem zweiten, anderen Halbleitermaterial, die den nanokristallinen Kern zumindest teilweise umgibt. Es können auch zusätzliche nanokristalline Schalen gebildet werden, die das Kern-Schalen-Paar umgeben. Eine Isolierschicht ummantelt, z.B. beschichtet, die nanokristalline Schale und den nanokristallinen Kern. Somit weisen beschichtete Halbleiterstrukturen beschichtete Strukturen wie die oben beschriebenen Quantenpunkte auf. Beispielsweise ist der nanokristalline Kern in einer Ausführungsform anisotrop, z.B. mit einem Querschnittsverhältnis von größer als 1,0 bis kleiner als 2,0. In einem weiteren Beispiel ist der nanokristalline Kern in einer Ausführungsform anisotrop und innerhalb der nanokristallinen Schale asymmetrisch ausgerichtet. In einer Ausführungsform bilden der nanokristalline Kern und die nanokristalline Schale einen Quantenpunkt. In Ausführungsformen der Erfindung umgeben mehrere Polymerbeschichtungen den Quantenpunkt. In einer weiteren Ausführungsform können eine oder mehrere Polymerbeschichtungen den Quantenpunkt umgeben. Es kann eine Isolierschicht gebildet werden, die das endgültige Quantenpunktteilchen dann ummantelt, z.B. beschichtet. Nach dem Bilden der ersten Isolierschicht kann der isolierbeschichtete Quantenpunkt mit nachfolgenden Isolierschichten beschichtet werden. Zwischen der Bildung jeder Isolierschicht kann der isolierbeschichtete Quantenpunkt optional, wie oben beschrieben, mit einer Säure oder Base behandelt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die oben genannten beschichteten Paare aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale wird die Isolierschicht in einer Ausführungsform eines Beispiels direkt mit der nanokristallinen Schale verbunden. In einer solchen Ausführungsform passiviert die Isolierschicht eine äußerste Oberfläche der nanokristallinen Schale. In einer anderen Ausführungsform stellt die Isolierschicht eine Barriere für die nanokristalline Schale und den nanokristallinen Kern dar, die für eine Umgebung außerhalb der Isolierschicht undurchlässig ist.
  • In jedem Fall kann die Isolierschicht nur ein einziges Paar aus nanokristalliner Schale/nanokristallinem Kern ummanteln. In einer Ausführungsform weist die Halbleiterstruktur zwischen der nanokristallinen Schale und der Isolierschicht ferner eine nanokristalline Außenschale auf, die die nanokristalline Schale zumindest teilweise umgibt. Die nanokristalline Außenschale ist aus einem dritten Halbleitermaterial gebildet, das sich vom Halbleitermaterial der Schale und möglicherweise vom Halbleitermaterial des Kerns unterscheidet.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die oben genannten beschichteten Paare aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale ist die Isolierschicht in einer Ausführungsform gebildet aus einer Schicht aus einem Material wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, Siliziumoxid (SiOx), Titanoxid (TiOx), Zirkonoxid (ZrOx), Aluminiumoxid (AlOx) oder Hafniumoxid (HfOx). In einer solchen Ausführungsform ist die Schicht Siliziumoxid mit einer Dicke im Bereich von etwa 3-500 Nanometern. In einer Ausführungsform ist die Isolierschicht eine amorphe Schicht.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die oben genannten beschichteten Paare aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale ist eine Außenfläche der Isolierschicht in einer Ausführungsform ligandenfrei. In einer alternativen Ausführungsform ist eine Außenfläche der Isolierschicht jedoch ligandenfunktionalisiert. In einer solchen Ausführungsform ist die Außenfläche der Isolierschicht mit einem Liganden wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, einem Silan mit einer oder mehreren hydrolysierbaren Gruppen oder einem funktionellen oder nichtfunktionellen bipodalen Silan ligandenfunktionalisiert. In einer anderen solchen Ausführungsform ist die Außenfläche der Isolierschicht ligandenfunktionalisiert mit einem Liganden wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Mono-, Di- oder Trialkoxysilan mit drei, zwei oder einem inerten oder organofunktionellen Substituenten der allgemeinen Formel (R1O)3SiR2; (R1O)2SiR2R3; (R1O) SiR2R3R4, wobei R1 Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl oder Butyl ist, R2, R3 und R4 gleich oder verschieden sind und H-Substituenten, Alkyle, Alkene, Alkine, Aryle, Halogenderivate, Alkohole, (Mono, Di, Tri, Poly)ethylenglykole, (sekundäre, tertiäre, quartäre) Amine, Diamine, Polyamine, Azide, Isocyanate, Acrylate, Metacrylate, Epoxide, Äther, Aldehyde, Carboxylate, Ester, Anhydride, Phosphate, Phosphine, Mercaptos, Thiole, Sulfonate sind und linear oder cyclisch sind, ein Silan mit der allgemeinen Struktur (R1O)3Si-(CH2)n-R-(CH2)n-Si(RO)3, wobei R und R1 H sind oder ein organischer Substituent ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylen, Alkenen, Alkinen, Arylen, Halogenderivaten, Alkoholen, (Mono, Di, Tri, Poly)ethylenglykolen, (sekundären, tertiären, quartären) Aminen, Diaminen, Polyaminen, Aziden, Isocyanaten, Acrylaten, Metacrylaten, Epoxiden, Ethern, Aldehyden, Carboxylaten, Estern, Anhydriden, Phosphaten, Phosphinen, Mercaptos, Thiolen, Sulfonaten und linear oder cyclisch sind, ein Chlorsilan oder ein Azasilan.
  • In einer weiteren solchen Ausführungsform ist die Außenfläche der Isolierschicht mit einem Liganden funktionalisiert wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, organischen oder anorganischen Verbindungen mit Funktionalität zur Bindung an eine Siliziumoxidoberfläche durch chemische oder nicht-chemische Wechselwirkungen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf kovalente, ionische, H-Bindung oder Van-der-Waals-Kräfte. In noch einer weiteren solchen Ausführungsform ist die Außenfläche der Isolierschicht mit einem Liganden wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, den Methoxy- und Ethoxysilanen(MeO)3SiAllyl, (MeO)3SiVinyl, (MeO)2SiMeVinyl, (EtO)3SiVinyl, EtOSi(Vinyl)3, Monomethoxysilanen, Chlorsilanen oder 1,2-bis-(triethoxysilyl)ethan ligandenfunktionalisiert.
  • In jedem Fall wird in einer Ausführungsform die Außenfläche der Isolierschicht ligandenfunktionalisiert, um der Halbleiterstruktur Löslichkeit, Dispergierbarkeit, Hitzestabilität, Fotostabilität oder eine Kombination davon zu verleihen. So beinhaltet beispielsweise die Außenfläche der Isolierschicht in einer Ausführungsform OH-Gruppen, die für eine Reaktion mit einem Zwischenverbinder geeignet sind, um kleine Moleküle, Oligomere, Polymere oder Makromoleküle mit der Außenfläche der Isolierschicht zu verbinden, wobei der Zwischenverbinder beispielsweise, aber nicht ausschließlich, ein Epoxid, ein Carbonyldiimidazol, ein Cyanurchlorid oder ein Isocyanat ist.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf die oben genannten beschichteten Paare aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale weist der nanokristalline Kern in einer Ausführungsform einen Durchmesser im Bereich von etwa 2-6 Nanometern auf. Die nanokristalline Schale hat eine lange Achse und eine kurze Achse, wobei die Länge der langen Achse etwa im Bereich von 6-40 Nanometern und die Länge der kurzen Achse etwa im Bereich von 1-10 Nanometern größer ist als der Durchmesser des nanokristallinen Kerns. Die Isolierschicht hat eine Dicke von etwa 1-50 Nanometern entlang einer zur langen Achse koaxialen Achse und eine Dicke von etwa 3-50 Nanometern entlang einer zur kurzen Achse koaxialen Achse. In anderen Ausführungsformen kann die Dicke der Isolierschicht größer als 50 Nanometer sein, zum Beispiel bis zu 500 Nanometer.
  • Eine Beleuchtungsvorrichtung kann eine Leuchtdiode und eine Vielzahl von Halbleiterstrukturen aufweisen, die beispielsweise dazu dienen, das von der Leuchtdiode absorbierte Licht nach unten zu konvertieren. Zum Beispiel weist in einer Ausführungsform jede Halbleiterstruktur einen Quantenpunkt gebildet aus einem nanokristallinen Kern aus einem ersten Halbleitermaterial und einer nanokristallinen Schale gebildet aus einem zweiten, anderen Halbleitermaterial, die den nanokristallinen Kern zumindest teilweise umgibt, auf. Jeder Quantenpunkt hat eine Photolumineszenzquantenausbeute (engl. photoluminescence quantum yield, PLQY) von mindestens 90%. Jeder Quantenpunkt kann optional zusätzliche Halbleiterschichten aufweisen.
  • Wie vorstehend kurz beschrieben, kann eine Isolierschicht gebildet werden, um eine nanokristalline Schale und einen anisotropen nanokristallinen Kern zu ummanteln. So wird beispielsweise in einer Ausführungsform eines Beispiels eine Schicht aus Siliziumoxid mittels einer Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion gebildet. In einer solchen Ausführungsform beinhaltet die Verwendung der Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion das Auflösen des aus nanokristalliner Schale und nanokristallinem Kern bestehenden Paars in einem ersten unpolaren Lösungsmittel, um eine erste Lösung zu bilden. Anschließend wird die erste Lösung zusammen mit einer Spezies, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS), 3-Mercaptotrimethoxysilan oder einem Silan, das eine funktionelle Phosphonsäure- oder Carbonsäuregruppe umfasst, zu einer zweiten Lösung mit einem in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel gelösten Tensid hinzugefügt. Anschließend werden der zweiten Lösung Ammoniumhydroxid und Tetraorthosilikat (TEOS) zugesetzt.
  • Somit können mit Siliziumoxid beschichtete Halbleiter-Nanokristalle durch eine Sol-Gel-Reaktion, wie beispielsweise ein Reverse-Micelle-Verfahren, hergestellt werden. Als Beispiel veranschaulicht 4 die Abläufe in einem Reverse-Micelle-Verfahren zur Beschichtung einer Halbleiterstruktur gemäß einer Ausführungsform eines Beispiels. Unter Bezugnahme auf Teil A von 4 hängen an einer Quantenpunktheterostruktur (QDH) 502 (z.B. ein nanokristallines Kern-/Schalenpaar) ein oder mehrere von Trioctylphosphinoxid (TOPO)-Liganden 404, Trioctylphosphin (TOP)-Liganden 406 und Ölsäure 405. Unter Bezugnahme auf Teil B wird die Vielzahl von TOPO-Liganden 404, TOP-Liganden 406 und Ölsäure 405 durch eine Vielzahl von Si(OCH3)3(CH2)3NH2-Liganden 408 ausgetauscht. Die Struktur von Teil B wird dann mit TEOS(Si(OEt)4) und Ammoniumhydroxid (NH4OH) unter Bildung einer die QDH umgebenden Siliziumoxidbeschichtung 410 umgesetzt, wie in Teil C von 4 dargestellt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf das oben beschriebene Verfahren zur Bildung beschichteter Paare bestehend aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale, d.h. beschichteten Halbleiter-Quantenpunkten, sind das erste und zweite unpolare Lösungsmittel in einer Ausführungsform Cyclohexan. In einer Ausführungsform beinhaltet das Bilden der Beschichtungsschicht das Bilden einer Schicht aus Siliziumoxid und ferner das Verwenden einer Kombination aus Dioctylnatriumsulfosuccinat (AOT) und Tetraorthosilikat (TEOS). In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Bilden der Schicht jedoch das Bilden einer Schicht aus Siliziumoxid und ferner das Verwenden einer Kombination aus Polyoxyethylen(5)nonylphenylether und Tetraorthosilikat (TEOS). In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Bilden der Schicht jedoch das Bilden einer Schicht aus Siliziumoxid und ferner die Verwendung kationischer Tenside wie CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid), anionischer Tenside, nichtionischer Tenside oder pluronischer Tenside wie Pluronic F 127 (ein Ethylenoxid/Propylenoxid-Block-Copolymer) sowie Mischungen von Tensiden.
  • Nach Beginn des Wachstums einer Siliziumoxidbeschichtung kann die endgültige Größe dieser Beschichtung direkt mit der Menge an TEOS in der Reaktionslösung zusammenhängen. Siliziumoxidbeschichtungen gemäß den Ausführungsformen können mit dem Kern/Schalen-QDH konform oder nicht konform sein. Eine Siliziumoxidbeschichtung kann zwischen etwa 3 nm und 500 nm dick sein. Die Dicke der Siliziumoxidbeschichtung entlang der c-Achse kann so klein wie etwa 1 nm oder so groß wie etwa 500 nm sein. Die Dicke der Siliziumoxidbeschichtung entlang der a-Achse kann zwischen etwa 3 nm und 500 nm liegen. Sobald die Siliziumoxidbeschichtung abgeschlossen ist, wird das Produkt mit Lösungsmittel gewaschen, um alle verbleibenden Liganden zu entfernen. Die mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkte können dann in eine Polymermatrix eingebracht werden oder einer weiteren Oberflächenfunktionalisierung unterzogen werden. Siliziumoxidschichten gemäß Ausführungsformen können jedoch auch mit Liganden funktionalisiert werden, um der Matrix Löslichkeit, Dispergierbarkeit, Hitzestabilität und Photostabilität zu verleihen.
  • In einem weiteren Aspekt werden Quantenpunkt-Verbundzusammensetzungen beschrieben. So können beispielsweise die oben beschriebenen Quantenpunkte (einschließlich beschichteter Quantenpunkte) in ein Matrixmaterial eingebettet werden, um ein Verbundmaterial mit einem Kunststoff oder einem anderem Material als Matrix herzustellen. In einer Ausführungsform werden Verbundzusammensetzungen gebildet, die Matrixmaterialien und siliziumoxidbeschichtete Kern-Schalen-Quantenpunkte mit Photolumineszenzquantenausbeuten zwischen 90 und 100% beinhalten. Solche Quantenpunkte können in ein Matrixmaterial eingebaut werden, das für die Abwärtskonvertierung in LED-Anwendungen geeignet ist.
  • In einem weiteren Beispiel und wie in 5 unten dargestellt, weist eine Halbleiterstruktur in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein aus einem nanokristallinen Kern und einer nanokristallinen Schale bestehendes Paar mit einer zusammengesetzten Übergangsschicht auf.
  • Unter Bezugnahme auf 5 umfasst eine Halbleiterstruktur 500 einen nanokristallinen Kern 502, der aus einem ersten Halbleitermaterial besteht. Eine nanokristalline Schale 504, bestehend aus einem zweiten, anderen Halbleitermaterial, umgibt den nanokristallinen Kern 502 zumindest teilweise. Eine zusammengesetzte Übergangsschicht 510 ist zwischen und in Kontakt mit dem nanokristallinen Kern 502 und der nanokristallinen Schale 504 angeordnet. Die zusammengesetzte Übergangsschicht 510 weist eine Zusammensetzung auf, die zwischen dem ersten und zweiten Halbleitermaterial liegt.
  • In einer Ausführungsform ist die zusammengesetzte Übergangsschicht 510 eine legierte Schicht, gebildet auseiner Mischung aus dem ersten und zweiten Halbleitermaterial. In einer weiteren Ausführungsform ist die zusammengesetzte Übergangsschicht 510 eine gradierte Schicht, die aus einem Zusammensetzungsgradienten des ersten Halbleitermaterials nahe dem nanokristallinen Kern 502 bis hin zum zweiten Halbleitermaterial nahe der nanokristallinen Schale 504 gebildet ist. In beiden Fällen weist die zusammengesetzte Übergangsschicht 510 in einer bestimmten Ausführungsform eine Dicke etwa im Bereich von 1,5 - 2 Monoschichten auf. Exemplarische Ausführungsformen beinhalten eine Struktur 500, bei der das erste Halbleitermaterial Cadmiumselenid (CdSe) ist, das zweite Halbleitermaterial Cadmiumsulfid (CdS) und die zusammengesetzte Übergangsschicht 510 gebildet ist aus CdSexSy, wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1, oder bei der das erste Halbleitermaterial Cadmiumselenid (CdSe) ist, das zweite Halbleitermaterial Zinkselenid (ZnSe) und die zusammengesetzte Übergangsschicht 510 gebildet ist aus CdxZnySe, wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1.
  • In einer Ausführungsform umschließt die nanokristalline Schale 504 den nanokristallinen Kern 502 vollständig, wie in 5 dargestellt. In einer alternativen Ausführungsform umschließt die nanokristalline Schale 504 den nanokristallinen Kern 502 jedoch nur teilweise, wodurch ein Teil des nanokristallinen Kerns 502 freiliegt. Darüber hinaus kann der nanokristalline Kern 502 in beiden Fällen in einer asymmetrischen Ausrichtung zur nanokristallinen Schale 504 liegen. In einer oder mehreren Ausführungsformen werden Halbleiterstrukturen wie 500 hergestellt, die zusätzlich eine nanokristalline Außenschale 506 aufweisen, die die nanokristalline Schale 504 zumindest teilweise umgibt. Die nanokristalline Außenschale 506 kann aus einem dritten Halbleitermaterial gebildet sein, das sich von dem ersten und zweiten Halbleitermaterial, d.h. von den Materialien des Kerns 502 und der Schale 504 unterscheidet. Die nanokristalline Außenschale 506 kann die nanokristalline Schale 504 vollständig umgeben oder kann die nanokristalline Schale 504 nur teilweise umgeben, wodurch ein Teil der nanokristallinen Schale 504 freiliegt. Schließlich ummantelt eine Isolierschicht 508 die Schale 506. In einer Ausführungsform können, wie an anderer Stelle hier beschrieben, mehrere Isolierschichten aufgebracht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein Netzwerk von Quantenpunkten gebildet werden, indem die Isolierbeschichtungen einer Vielzahl von isolierbeschichteten Quantenpunkten miteinander verschmolzen werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise Isolierbeschichtungen von getrennt voneinander passivierten Quantenpunkten zu einem im Wesentlichen starren Netzwerk von Quantenpunkten verschmolzen, in dem jeder Quantenpunkt durch die verschmolzene Isolierbeschichtung von anderen Quantenpunkten im Netzwerk isoliert ist. In einer solchen Ausführungsform bietet die Verschmelzung der Isolierbeschichtungen von getrennt voneinander passivierten Quantenpunkten zu einem verschmolzenen Netzwerk eine verbesserte optische Leistung und Zuverlässigkeit der resultierenden Struktur im Vergleich zu den getrennt voneinander passivierten Quantenpunkten vorher. In einer solchen Ausführungsform wird eine chemische Base verwendet, um die optische Leistung von siliziumoxidbeschichteten Materialien zu verbessern, indem das Verschmelzen der Isolierbeschichtungen ermöglicht wird, die eine Vielzahl von Quantenpunkten umgeben. In einer bestimmten Ausführungsform sind die Isolierbeschichtungen Siliziumoxidbeschichtungen und es wird eine Base wie Kaliumhydroxid (KOH) verwendet, um die Siliziumoxidbeschichtungen einer Vielzahl von einzeln und getrennt voneinander beschichteten Quantenpunkten miteinander zu verschmelzen. Das Ergebnis ist ein im Wesentlichen starres Siliziumoxid-basiertes Netzwerk aus Quantenpunkten. Die Menge an Basenmaterial wird mit der Menge an Siliziumoxid in der Reaktion skaliert. Im Allgemeinen haben die hierin beschriebenen Ansätze wichtige Anwendungen für die Verbesserung der optischen Leistung und Zuverlässigkeit von Quantenpunkten oder sogar anderen Leuchtstoffmaterialien mit einer Isolierbeschichtung, die in eine Matrix eingebettet sind. In einer solchen Ausführungsform werden die Quantenpunkte oder andere Leuchtstoffmaterialien zunächst einzeln mit einer oder mehreren Isolierschichten beschichtet und dann die beschichteten Materialien zu einem Isoliernetzwerk verschmolzen, das in eine Matrix eingebettet werden kann. In weiteren Ausführungsformen wird das Isoliernetzwerk direkt auf den Quantenpunkten oder anderen Leuchtstoffmaterialien gebildet.
  • In einer Ausführungsform werden Quantenpunkte in Bezug auf die Verwendung von kolloidalen Halbleiter-Nanokristallen, auch bekannt als Quantenpunkte, als down konvertierende Leuchtstoffe für LED-Beleuchtungs- und/oder Display-Technologien einzeln mit einer Isolierschicht aus Siliziumoxid beschichtet. Die Anwesenheit der Siliziumoxidbeschichtung verbessert die Leistung der Quantenpunkte, wenn sie anschließend in einen Polymerfilm eingebettet und verschiedenen Belastungstests unterzogen werden. Zu den Anwendungen gehören LED-Beleuchtungsanwendungen und/oder Display-Konfigurationen. Die Verwendung von Base (wie KOH, NaOH oder anderen ähnlichen Materialien) liefert ein verschmolzenes Netzwerk von mit Siliziumoxid beschichteten Quantenpunkten, um die optische Leistung von Quantenpunktmaterialien zu verbessern. Wie im Folgenden beschrieben wird in besonderen Ausführungsformen die Skalierung der Menge an KOH oder einer anderen Base mit Siliziumoxidgehalt ausgeglichen, um eine optimale Leistung der beschichteten/verschmolzenen Quantenpunkte zu erreichen.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur das Bilden einer Mischung, die eine Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten beinhaltet. Jeder der Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten ist einzeln mit einer Isolierschicht beschichtet. Das Verfahren beinhaltet auch das Hinzufügen einer Base zu der Mischung, um die Isolierschicht jedes der Vielzahl von separaten Quantenpunkten zu verschmelzen und so ein Isoliernetzwerk bereitzustellen. Jeder der Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten ist durch das Isoliernetzwerk voneinander beabstandet. Die Base kann unter anderem aus LiOH, RbOH, CsOH, MgOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2, (Me)4NOH, (Et)4NOH oder (Bu)4NOH bestehen.
  • In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur das Bilden einer Mischung, die eine Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten beinhaltet. Jeder der Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten ist einzeln mit einem Isoliermaterial beschichtet. Das Verfahren beinhaltet auch das Hinzufügen einer Base zu der Mischung, um die Isolierbeschichtung jedes der Vielzahl von separaten Quantenpunkten zu verschmelzen und so ein Isoliernetzwerk bereitzustellen. Jeder der Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten ist durch das Isoliernetzwerk voneinander beabstandet. Die Base kann unter anderem aus LiOH, RbOH, CsOH, MgOH, (Me)4NOH, (Et)4NOH oder (Bu)4NOH bestehen, und das Hinzufügen der Base zur Mischung beinhaltet das Hinzufügen von einem Mol der Base pro zwei Mol des Isoliermaterials. Das Verfahren beinhaltet auch die Zugabe von freiem Siliziumoxid zur Mischung.
  • In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur das Bilden einer Mischung, die eine Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten beinhaltet. Jeder der Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten ist einzeln mit einem Isoliermaterial beschichtet. Das Verfahren beinhaltet auch das Hinzufügen einer Base zu der Mischung, um die Isolierbeschichtung jedes der Vielzahl von separaten Quantenpunkten zu verschmelzen und so ein Isoliernetzwerk bereitzustellen. Jeder der Vielzahl von separaten Halbleiter-Quantenpunkten ist durch das Isoliernetzwerk voneinander beabstandet. Die Base kann unter anderem aus Ca(OH)2, Sr(OH)2 oder Ba(OH)2 bestehen, und das Hinzufügen der Base zur Mischung beinhaltet das Hinzufügen von einem Mol der Base pro vier Mol des Isoliermaterials. Das Verfahren beinhaltet auch die Zugabe von freiem Siliziumoxid zur Mischung.
  • In Übereinstimmung mit einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen wird eine Alternative zur Änderung der Korngröße zum Abstimmen der Emission einer Seeded-Rod-Emitter-Architektur bereitgestellt. Insbesondere wird, anstatt die Korngröße zu verändern, die Kornzusammensetzung verändert, indem entweder das gesamte Korn (in einer Ausführungsform) oder ein Teil des Korns (in einer anderen Ausführungsform) mit einem Material mit höherer Bandlücke legiert wird. In beiden Fällen kann der allgemeine Ansatz als ein Legieren des Korns oder nanokristallinen Kerns eines heterostrukturierten Quantenpunktes bezeichnet werden. Durch Legieren des Korns oder nanokristallinen Kerns kann die Bandlücke verändert werden, ohne die Größe des Korns oder des Kerns zu verändern. So kann die Emission des Korns oder Kerns verändert werden, ohne die Größe des Korns oder Kerns zu verändern. In einer solchen Ausführungsform ist die Größe des Korns auf die optimale Größe eines rot-emittierenden Korns oder etwa 4 Nanometer festgelegt. Die feste Größe bedeutet, dass die Größe des Stabes und die nachfolgenden synthetischen Abläufe möglicherweise nicht wesentlich optimiert oder geändert werden müssen, wenn sich das Emissionsziel der Quantenpunkte ändert.
  • Dementsprechend werden in einer oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsformen die optimalen physikalischen Abmessungen eines Seeded-Rods beim Abstimmen des Emissionspeaks des heterostrukturierten Quantenpunktes konstant gehalten. Dies kann ohne Änderung der Abmessungen des Korns (und damit des Stabes) für jede Emissionsfarbe erfolgen. In einer bestimmten Ausführungsform weist ein Quantenpunkt einen legierten nanokristallinen Kern der Gruppe II-VI auf. Der Quantenpunkt weist ferner eine nanokristalline Schale der Gruppe II-VI auf, die aus einer Halbleitermaterialzusammensetzung gebildet ist, die sich vom legierten nanokristallinen Kern der Gruppe II-VI unterscheidet. Die nanokristalline Schale der Gruppe II-VI ist mit dem legierten nanokristallinen Kern der Gruppe II-VI verbunden und umschließt diesen vollständig. In einer solchen Ausführungsform ist der legierte nanokristalline Kern der Gruppe II-VI gebildet aus CdSenS1-n (0 < n < 1), und die nanokristalline Schale der Gruppe II-VI aus CdS gebildet. In einer bestimmten Ausführungsform weist der legierte nanokristalline Kern der Gruppe II-VI einen kürzesten Durchmesser von mehr als etwa 2 Nanometern auf, und der Quantenpunkt weist einen Exzitonspeak von weniger als 555 Nanometern auf. In einer bestimmten Ausführungsform weist der legierte nanokristalline Kern der Gruppe II-VI einen kürzesten Durchmesser von etwa 4 Nanometern auf, und der Quantenpunkt hat einen Exzitonspeak von weniger als 555 Nanometern, wie nachfolgend näher erläutert ist.
  • Vielleicht allgemeiner gesagt, weist ein Quantenpunkt in einer Ausführungsform einen nanokristallinen Halbleiterkern mit beliebiger Zusammensetzung auf. Der Quantenpunkt weist ferner eine beliebige Anzahl von nanokristallinen Halbleiterschalen auf. Die nanokristalline(n) Halbleiterschale(n) ist/sind mit dem nanokristallinen Halbleiterkern verbunden und umschließt/umschließen diesen vollständig. In einer solchen Ausführungsform ist der nanokristalline Halbleiterkern aus einem ersten II-VI-Material gebildet und die binäre nanokristalline Halbleiterschale ist aus einem zweiten, anderen II-VI-Material gebildet. In einer solchen Ausführungsform ist das erste II-VI-Material CdSenS1-n (0 < n < 1), und das zweite II-VI-Material ist CdS.
  • Eine oder mehrere der hierin beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet/beinhalten die Herstellung einer Halbleiter-Heterostruktur. Die Halbleiter-Heterostruktur weist einen nanokristallinen Kern auf, der aus einem Gruppen-Halbleitermaterial gebildet ist. Eine nanokristalline Schale, die aus einem zweiten, anderen Halbleitermaterial gebildet ist, umgibt den nanokristallinen Kern zumindest teilweise. Die nanokristalline Schale kann beispielsweise aus einem anderen Halbleitermaterial der Gruppe I-III-VI oder einem Halbleitermaterial der Gruppe II-VI gebildet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform hat das oben beschriebene Paar aus nanokristallinem Kern/ nanokristalliner Schale eine Photolumineszenzquantenausbeute (PLQY) von mehr als etwa 60%. In einer anderen oder gleichen Ausführungsform liefert das Paar aus nanokristallinem Kern/ nanokristalliner Schale eine Typ-I-Heterostruktur. Eine oder mehrere hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich auf Heterostruktursysteme mit unterschiedlichen Kernen aus I-III-VI-Materialien. In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein kugel- oder stabförmiger Kern/Schalen-Quantenpunkt hergestellt, der eine scharfe Zusammensetzungsgrenze zwischen Kern und Schale oder eine gradierte/legierte Schnittstelle zwischen Kern und Schale aufweist.
  • 6 zeigt eine axiale Schnittansicht (A) eines kugelförmigen Nanopartikels 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 6 ist zwischen dem Kern 602 und der Schale 604 von 600 ein Legierungsbereich 606 vorgesehen. Wie in Teil (B) von 6 dargestellt, zeigt der Nanopartikel 600 in einer Ausführungsform ein Heterostrukturverhalten vom Typ I, wobei Exzitonen aufgrund der kleineren, verschachtelten Bandlücke des Korns vorzugsweise im Kern 602 des Nanokristalls 600 rekombinieren. Optional können zusätzliche Materialschichten hinzugefügt werden, einschließlich zusätzlicher epitaktischer Schichten oder amorpher anorganischer und organischer Schichten. Weitere geeignete Ausführungsformen sind im Folgenden beschrieben.
  • In einer Ausführungsform beinhalten die hierin beschriebenen Systeme einen Nanokristallkernemitter mit einer direkten, großen Bandlücke etwa im Bereich von 1 - 2,5 eV. Beispielhafte Kerne weisen ein Halbleitermaterial der Gruppe I-III-VI auf Basis von Silber-Gallium-Sulfid mit einer Stöchiometrie von etwa AgGaS2 auf. In einer solchen Ausführungsform weist der nanokristalline Kern einen Emissionspeak im Bereich von etwa 475-575 Nanometern auf.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die hier beschriebenen Paare aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale eine Gitterfehlanpassung von gleich oder weniger als etwa 10% auf. In einigen Ausführungsformen ist eine Abweichung von weniger als etwa 6% besser, aber es können bis zu ca. 10% praktikabel sein. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Fehlanpassung weniger als etwa 4%, wie erfolgreiche Cd-basierte Systeme zeigen.
  • Eine oder mehrere der hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen ein heterostrukturiertes Kern-Schalenpaar, das cadmiumfrei ist. Zum Beispiel ist, mit Bezug auf die oben beschriebenen Paare aus nanokristallinem Kern und nanokristalliner Schale, in einer Ausführungsform das erste (Kern-)Material ein Halbleitermaterial der Gruppe I-III-VI. In einer solchen Ausführungsform ist das zweite (Schalen-)Halbleitermaterial ein zweites Material der Gruppe I-III-VI. Ein geeignetes I-III-VI/ I-III-VI-Kern-/Schalen-Paar kann unter anderem Kupfer-Indium-Sulfid (CIS)/ Silber-Gallium-Sulfid (AgGaS2), Kupfer-Indium-Selenid (CISe)/ AgGaS2, Kupfer-Gallium-Selenid (CuGaSe2)/ Kupfer-Gallium-Sulfid (CuGaS2) oder CuGaSe2/ AgGaS2 beinhalten. In einer weiteren solchen Ausführungsform ist das zweite (Schalen-)Halbleitermaterial ein Material der Gruppe II-VI. So kann beispielsweise ein geeignetes I-III-VI/ II-VI-Kern-/Schalenpaar unter anderem Kupfer-Indium-Sulfid (CIS)/Zink-Selenid (ZnSe), CIS/Zink-Sulfid (ZnS), Kupfer-Indium-Selenid (CISe)/ZnSe, CISe/ ZnS, Kupfer-Gallium-Selenid (CuGaSe2)/ZnSe, CuGaSe2/ ZnS, Silber-Gallium-Sulfid (AgGaS2)/ZnS, AgGaS2/ ZnSe oder Silber-Gallium-Selenid (AgGaSe2)/ZnS, AgGaSe2/ ZnSe beinhalten.
  • In einer Ausführungsform weist die Halbleiter-Heterostruktur außerdem eine nanokristalline Außenschale gebildet aus einem dritten, von den Halbleitermaterialien des Kerns und der Schale unterschiedlichen Halbleitermaterial, auf. Das dritte Halbleitermaterial umgibt die nanokristalline Schale zumindest teilweise, und in einer Ausführungsform umgibt die nanokristalline Außenschale die nanokristalline Schale vollständig. In einer bestimmten Ausführungsform ist das zweite (Schalen-)Halbleitermaterial zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, Zink-Selenid (ZnSe), Silber-Gallium-Sulfid (AgGaS2) oder Kupfer-Gallium-Sulfid (CuGaS2), und das dritte (Außenschalen-)Halbleitermaterial ist ZinkSulfid (ZnS).
  • Obwohl die Form des Kerns des in 4 dargestellten Quantenpunktes die eines Stabes ist, ist zu beachten, dass die hierin beschriebenen Verfahren nicht durch die Form des Quantenpunktes begrenzt sind und auf beschichtete Quantenpunkte vieler verschiedener Formen angewendet werden könnten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kugeln, Stäbe, Tetrapoden, Tränen, Platten usw. Sie sind nicht durch die Zusammensetzung des Quantenpunktes begrenzt und können auf Quantenpunkte angewendet werden, die aus einem einzelnen Material oder mehreren Materialien in entweder einer Kern/Schale/ optionale Schale/optionale Schale-Konfiguration oder einer legierten Zusammensetzung bestehen. Die Halbleitermaterialien können ausgewählt sein aus den Verbindungen der Gruppe II-VI, Verbindungen der Gruppe III-V, Verbindungen der Gruppe IV-IV, Verbindungen der Gruppe I-III-VI oder einer beliebigen Legierung davon. Genauer gesagt, können die Halbleitermaterialien ausgewählt sein aus ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, HgO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbS, PbSe, PbTe, MgO, MgS, MgSe, Legierungen davon und Mischungen davon.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur (800), umfassend: Bilden eines Quantenpunktes (502-506, 600, 805-810); Bilden einer Schicht aus polymerem organischem Material, das den Quantenpunkt ummantelt, um einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen; und Bilden einer oder mehreren Schichten aus organischem Material (815), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, wobei das Bilden der einen oder mehreren Schichten aus organischem Material (815), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, die Bildung einer Vielzahl von Schichten aus Polymeren mittels eines schichtweisen Abscheidungsverfahrens umfasst, wobei das Bilden der Vielzahl von Schichten aus Polymeren mittels des schichtweisen Abscheidungsverfahrens umfasst: Eintauchen eines Substrats aus einer Vielzahl von Quantenpunkten (100, 402), einschließlich des Quantenpunkts (100, 402), die negativ geladen sind mit einer von: Poly(acrylsäure), Polyvinylphosphonsäure und phosphonsäuremodifizierter Polyacrylsäure, in eine Lösung von positiv geladenen Polyelektrolyten, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Poly(diallyldimethylammonium) (PDDA), Polyallylamin und Polyethylenimin; Spülen des Substrats mit Wasser; Bilden einer positiv geladenen Monoschicht auf der Oberfläche des Substrats mit einem von PDDA, Polyallylamin und Polyethylenimin; Eintauchen des Substrats in eine Lösung von negativ geladenem Polyelektrolyt, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Polyacrylsäure und Poly(natriumstyrolsulfonat), um eine zusätzliche Polymerschicht zu bilden; und Wiederholen des oben beschriebenen Ablaufs, um jede der Vielzahl von Schichten aus Polymeren zu bilden.
  2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Bilden der Schicht aus polymerem organischem Material (815), die den Quantenpunkt ummantelt, um einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen, umfasst: Austauschen einer Vielzahl von nativen Liganden auf einer Oberfläche des Quantenpunktes mit einer Vielzahl von wasserlöslichen Liganden, wodurch ein wasserlöslicher Quantenpunkt entsteht; und Austauschen der Vielzahl von wasserlöslichen Liganden auf der Oberfläche des wasserlöslichen Quantenpunktes mit einer Vielzahl von mehrzähnigen Polymerliganden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von wasserlöslichen Liganden ausgewählt ist aus einer Gruppe von Liganden bestehend aus: Thioliganden einschließlich Thioglycerin, Thioglykolsäure, L-Cystein und Dihydroliponsäure und Imidazolliganden einschließlich Histidin und Carnosin.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Vielzahl von Polymerliganden ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: Polyacrylsäure (PAA), teilweise oder vollständig mit Phosphonsäure modifizierter Polyacrylsäure und Polyphosphonsäuren einschließlich Poly(vinylphosphonsäure) (PVPA) .
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Polymere ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus: Poly(vinylalkohol) PVA, Poly(ethylenoxid) PEO, Polyacrylamid, Polyacrylat, Poly(acrylsäure) und teilweise neutralisierter, leicht vernetzter Poly(acrylsäure).
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend das Bilden einer oder mehrerer Isolierschichten aus anorganischem Material (820), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, der die eine oder mehreren Schichten aus organischem Material aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bilden der Isolierschicht(en) aus anorganischem Material (820), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, das Bilden einer Isolierschicht aus Siliziumoxid, die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt, mittels einer Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bilden der Isolierschicht(en) aus Siliziumoxid, die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, mittels der Reverse-Micelle-Sol-Gel-Reaktion umfasst: Zugabe einer Vielzahl von in Wasser dispergierten beschichteten Quantenpunkten, einschließlich des beschichteten Quantenpunktes, zu einer zweiten Lösung mit einem Tensid, das in einem unpolaren Lösungsmittel gelöst ist; Zugabe von 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS), 3-Mercaptotrimethoxysilan oder einem Silan, das eine Phosphonsäure- oder Carbonsäuregruppe umfasst, zur zweiten Lösung der Vielzahl von beschichteten Quantenpunkten; und Zugabe von Tetraorthosilikat (TEOS) oder eines beliebig geeigneten Precursors und Ammoniumhydroxid.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bilden einer Isolierschicht aus anorganischem Material (820), die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt, das Bilden einer Isolierschicht aus einem Siliziumoxid-Material, die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt, mittels einer Stöber-Sol-Gel-Reaktion umfasst.
  10. Halbleiterstruktur (800), umfassend: einen Quantenpunkt; und eine Schicht aus polymerem organischem Material (815), die den Quantenpunkt ummantelt, um einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen, ferner umfassend eine oder mehrere Schichten aus organischem Material, die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt/ummanteln, wobei die Halbleiterstruktur (800) durch ein Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist.
  11. Halbleiterstruktur (800) nach Anspruch 10, wobei die Schicht aus polymerem organischem Material (815) ausgewählt ist aus einer Gruppe von Polymeren bestehend aus: Polyacrylsäure (PAA), zumindest teilweise mit Phosphonsäure modifizierter Polyacrylsäure, Polyphosphonsäure und einem Polyaminpolymer.
  12. Halbleiterstruktur (800) nach Anspruch 10, wobei die Schicht aus polymerem organischem Material (815) ausgewählt ist aus einer Gruppe von Polymeren bestehend aus: Poly(vinylalkohol) PVA, Poly(ethylenoxid) PEO, Polyacrylamid, Polyacrylat, Poly(acrylsäure) und teilweise neutralisierter, leicht vernetzter Poly(acrylsäure).
  13. Halbleiterstruktur (800) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend eine oder mehrere Isolierschichten aus anorganischem Material (820), die den beschichteten Quantenpunkt, der die einen oder die mehreren Schichten aus organischem Material aufweist, ummantelt/ummanteln.
  14. Beleuchtungsvorrichtung, umfassend: eine Leuchtdiode; und eine Vielzahl von Quantenpunkten, wobei jeder Quantenpunkt umfasst: einen nanokristallinen Kern, der ein erstes Halbleitermaterial umfasst; mindestens eine nanokristalline Schale, die ein zweites, anderes Halbleitermaterial umfasst und den nanokristallinen Kern zumindest teilweise umgibt, wobei der nanokristalline Kern und die nanokristalline(n) Schale(n) einen Quantenpunkt bilden; eine organische Schicht aus Polymermaterial, die den Quantenpunkt ummantelt, um einen beschichteten Quantenpunkt zu erzeugen; und mindestens eine zusätzliche Schicht, die den beschichteten Quantenpunkt ummantelt, wobei der Quantenpunkt eine Halbleiterstruktur ist, die mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist.
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