多异质结纳米颗粒、其制备方法以及包含该纳米颗粒的制品技术

本发明专利技术公开了一种半导体纳米颗粒，其包含具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含第一半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含第二半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结；其中所述第一半导体不同于所述第二半导体。

【技术实现步骤摘要】
多异质结纳米颗粒、其制备方法以及包含该纳米颗粒的制品
技术介绍
本专利技术涉及双异质结纳米颗粒，其制备方法以及包含该纳米颗粒的制品。半导体纳米晶体的一个优势在于其潜在地能够用于改善光电器件的效率。球形纳米晶体异质结构，有时也称作芯-壳量子点，被广泛用于量子点发光二极管(LED)。在这些主要由I型(跨立型)能带偏移构成的芯-壳异质结构中，异质结仅起到钝化层的作用，从而改善光致发光效率。由于其独特的光学和电子性质，半导体纳米晶体在各光电应用领域已受到人们的广泛关注，这些应用领域包括光伏(PV)、LED、固态照明和显示器。这些小晶体具有一个或多个维度，长度为几纳米，使得能够调节其电子带隙。带隙和电子能级的变化使人们能够控制所观察到的半导体的光学和电学性质。此外，当两种或更多种半导体材料放在一起时，人们可以根据其相关的能带偏移和能带排列预期新的、改进的光学和电子性质。在不同半导体的界面处形成的异质结会有助于引导电子和空穴，并且能够做为各种器件（包括PV、LED和晶体管）的活性组件。通过选择不同的材料用于芯和壳，可改变谱带边缘位置。但是，对于材料的某些组合而言，有效的带隙和能带偏移会很大，可能会阻碍载流子注入过程。因此，人们希望能够制备具有多个异质结的半导体纳米颗粒。具有多个异质结的颗粒能够在不同界面处通过使超过两种半导体材料选择性地彼此接触来调节带隙和能带偏移。多个异质结的优点包括通过中心“芯”的表面钝化(即通过形成具有I型和II型能带偏移的组合的多个异质结)促进载流子注入和/或封闭，同时提供改进的光致发光产率。除了表面钝化优点（相当于I型芯/壳）之外，多个异质结有助于为一种类型的载流子实现了良好的势垒(barrier)，同时能够促进其他载流子类型注入。
技术实现思路
本专利技术公开了一种半导体纳米颗粒，其包括：具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含第一半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含第二半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结；其中所述第一半导体不同于所述第二半导体。本专利技术还公开了一种方法，该方法包括使半导体的第一前体与半导体的第二前体反应以形成一维纳米颗粒；使半导体的第三前体与所述一维纳米颗粒反应以形成第一端盖，所述第一端盖与所述一维纳米颗粒相接触以形成第一异质结；以及，使其上设置有所述第一端盖的一维纳米颗粒与半导体的第四前体和/或第五前体反应以形成第二端盖；其中，所述第二端盖与所述第一端盖接触，形成了第二异质结。本专利技术还公开了一种制品，该制品包括第一电极、第二电极，以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的包含半导体纳米颗粒的层；其中，所述层包括具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的至少一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结。附图说明图1(A)显示了本专利技术所述的钝化的纳米晶体半导体纳米颗粒；图1(B)显示了本专利技术所述的钝化的纳米晶体半导体纳米颗粒的另一个视图；图2显示了如何通过改变纳米颗粒的组成来改变（即空间调制）带隙。在图2中，纳米颗粒包括硫化镉(CdS)一维纳米颗粒；其中所述第一端盖为硒化镉(CdSe)，第二端盖为硒化锌(ZnSe)；图3也显示了如何通过改变纳米颗粒的组成来改变（即空间调制）带隙。在图3中，所述一维纳米颗粒包含硫化镉，所述第一端盖包含碲化镉，所述第二端盖包含硒化锌；图4是一种示例性电致发光(EL)器件的示意图；图5(A)是显示芯-壳(CdSe/ZnS)量子点的EL光谱的图；图5(B)是显示本专利技术所述的纳米颗粒(CdS纳米棒，其被包含CdSe的第一端盖和包含ZnSe的第二端盖钝化)的EL光谱的图；以及图6是显示量子点和本专利技术纳米颗粒的积分EL-电压图。专利技术详述本专利技术公开了钝化的纳米晶体半导体纳米颗粒（下文称作“纳米颗粒”），该纳米颗粒包括多个异质结，所述异质结有利于电荷载流子注入过程，从而在将该纳米颗粒用于器件中时能够增强发光。所述纳米晶体半导体纳米颗粒仅在某些位置发生钝化，而在其他位置并未钝化。这些多异质结钝化的纳米颗粒可在易于制造的高性能光电器件（包括发光二极管(LED)）中用作活性元件。所述纳米颗粒包括一维纳米颗粒，所述一维纳米颗粒在各端部设置一个或多个与所述一维纳米颗粒接触的端盖。所述端盖也彼此接触。所述端盖用来使所述一维纳米颗粒钝化。所述纳米颗粒可至少围绕一个轴对称或不对称。所述纳米颗粒可以在组成、几何结构或电子结构上不对称，或者在组成和结构上（即几何结构或电子结构）都不对称。在一个实施方式中，所述纳米颗粒包括一维纳米颗粒，所述一维纳米颗粒沿着其纵轴方向在各相反得端部处包括端盖。各端盖具有不同的组成，从而为纳米颗粒提供多个异质结。在另一个实施方式中，所述纳米颗粒包括一维纳米颗粒，所述一维纳米颗粒沿着其纵轴方向在各相反端部处包括端盖，所述纳米颗粒还包括结点，所述结点设置在一维纳米颗粒的径向表面上或在端盖上。所述径向表面也称作棒的侧表面。所述端盖可具有彼此相似或不同的组成，并且/或者所述结点可具有彼此相似或不同的组成，只要满足端盖中的一个端盖的组成与其他端盖或结点中的至少一个结点的组成不同即可。在一个实施方式中，所述多个端盖包括第一端盖和第二端盖，所述第二端盖部分地或完全地包围所述第一端盖。所述端盖是三维纳米颗粒，所述端盖中的至少一个端盖与所述一维纳米颗粒直接接触。各端盖可以与所述一维纳米颗粒接触，或者不与所述一维纳米颗粒接触。所述第一端盖和所述第二端盖可以具有彼此不同的组成。所述结点也是三维纳米颗粒，其尺寸可以比所述端盖的尺寸更小或更大。术语“异质结”表示具有一种半导体材料生长在另一种半导体材料的晶格中的结构。术语“一维纳米颗粒”包括具有以下特征的物体，其中所述纳米颗粒的质量与该纳米颗粒的特征尺寸(例如，长度)呈一次方的关系。如以下式(1)所示：MαLd(1)其中，M是颗粒的质量，L是颗粒的长度，d是决定颗粒维度的指数。例如，当d=1时，颗粒的质量与颗粒的长度成正比，该颗粒称作一维纳米颗粒。当d=2时，颗粒是二维物体，例如板；而当d=3时，颗粒是三维物体，例如圆柱体或球体。所述一维纳米颗粒(d=1时的颗粒)包括纳米棒、纳米管、纳米线、纳米须、纳米带等。在一个实施方式中，所述一维纳米颗粒可以是弯曲的或波浪形的（如蜿蜒形状），也就是说，所述一维纳米颗粒的d值可以介于1和1.5之间。所述一维纳米颗粒具有横截面区，其直径方向的特征厚度尺寸（例如圆形横截面区的直径或者正方形或长方形横截面区的对角线）为1-1000纳米(nm)，优选2-50纳米，更优选5-20纳米(例如，约6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19或20纳米)。纳米棒是刚性棒，其具有圆形横截面区，该横截面区的特征尺寸在上述范围内。纳米线或纳米须是曲线的，并具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体纳米颗粒，其包括：具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含第一半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含第二半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结；其中所述第一半导体不同于所述第二半导体。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/834,3251.一种半导体纳米颗粒，其包括：具有第一端部和第二端部的一维半导体纳米颗粒、与所述第一端部或所述第二端部中的一个端部接触的第一端盖、以及与所述第一端盖接触的第二端盖；其中所述第一端盖包含第一半导体，并且所述第一端盖从所述一维纳米颗粒延伸，形成了第一纳米晶体异质结；其中所述第二端盖包含第二半导体，并且所述第二端盖从所述第一端盖延伸，形成了第二纳米晶体异质结；其中所述第一半导体不同于所述第二半导体；所述第一端盖与所述一维半导体纳米颗粒的第一端部和第二端部接触；所述第一端盖和第二端盖设置在各端部；所述一维半导体纳米颗粒的纵横比大于或等于2。2.如权利要求1所述的半导体纳米颗粒，其特征在于，所述半导体纳米颗粒几何上不对称，但与所述一维半导体纳米颗粒的相反端部接触的第一端盖和/或第二端盖在相反端部处具有相同的组成。3.如权利要求1所述的半导体纳米颗粒，其特征在于，与所述一维半导体纳米颗粒的第一端部接触的第一端盖的化学组成与接触所述一维半导体纳米颗粒的第二端部的第一端盖的化学组成相同，以及在所述一维半导体纳米颗粒的第一端部处与所述第一端盖接触的第二端盖的化学组成与在所述一维半导体纳米颗粒的第二端部处接触第一端盖的第二端盖的化学组成相同。4.如权利要求1所述的半导体纳米颗粒，其特征在于，与所述一维半导体纳米颗粒的第一端部接触的第一端盖的化学组成与接触所述一维半导体纳米颗粒的第二端部的第一端盖的化学组成不同，以及在所述一维半导体纳米颗粒的第一端部处与所述第一端盖接触的第二端盖的化学组成与在所述一维半导体纳米颗粒的第二端部处接触第一端盖的第二端盖的化学组成相同。5.如权利要求1所述的半导体纳米颗粒，其特征在于，与所述一维半导体纳米颗粒的第一端部接触的第一端盖的化学组成与接触所述一维半导体纳米颗粒的第二端部的第一端盖的化学组成相同，以及在所述一维半导体纳米颗粒的第一端部处与所述第一端盖接触的第二端盖的化学组成与在所述一维半导体纳米颗粒的第二端部处接触第一端盖的第二端盖的化学组成不同。6.如权利要求1所述的半导体纳米颗粒，其特征在于，所述第一端盖使所述一维半导体纳米颗粒的发射中心迁移，和/或所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·沈，N·吴，Y·翟，S·南，P·特雷福纳斯，K·德什潘德，J·朱，
申请(专利权)人：伊利诺斯大学科技管理办公室，罗门哈斯电子材料有限公司，陶氏环球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US