本发明专利技术涉及无机-有机杂化的IB-VII半导体化合物，其中IB族过渡金属卤化物盐与有机杂芳族配体配位，其中所述杂芳族配体的至少一个环原子是独立地选自N、O和S的杂原子并且所述卤化物盐的IB族金属配位至环杂原子。本发明专利技术还公开了包含这些材料的半导体和发光器件(包括发光二极管)以及制备这些材料和器件的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】基于IB-VI I二元化合物的发光杂化半导体 相关申请的交叉引用 本申请要求根据35U.S. C § 119(e)要求2013年6月14日提交的美国专利申请序 列号61/834, 955的优先权权益，其全部内容在此通过引用并入本文中。 关于联邦政府资助研究的声明 本专利技术部分地通过美国国家科学基金会授予的批准号为DMR-1206700政府支持 完成。政府享有本专利技术的一定权利。 专利
本专利技术涉及发光材料领域（其在整个可见光光谱，尤其白色和黄色发光强烈）、由 其制成的器件、以及制备这些材料和器件的方法。 专利技术背景 关于全球变暖的顾虑导致科学界在全球范围内努力减少温室气体排放和提高能 源效率。通过资源逐步转移至可再生的绿色能源的能源节约为未来的消费和更清洁的环境 铺平了道路。发光二极管（"LED"）形式的固态照明（"SSL"）技术产生了高效率的光源， 比传统光源更有效地将电转化为光。美国能源署估计，在未来二十年转换至LED光照将能 够为在此期间的国家能源成本节约$2500个亿，这可以减少将近一半的照明用电损耗并避 免180亿公吨的二氧化碳排放。 低成本和高效率的白色发光二极管（"WLED"）（1441m/w)被认为是取代传统的多 见于重大基础设施的白炽灯（151m/w)或荧光照明（1141m/w)的潜在光源。其他应用范围 包括电脑显示器至汽车大灯。然而，SSL的主要缺点是成本、对于稀土（ "RE"）元素（其是 严重短缺的）的依赖性、以及其缺乏循环利用，从而造成对环境的危害。今天，WLED照明产 品的采购价格比其常规对应品明显更高，并且节能效果往往不足以抵消在有吸引力的回收 期上的差异。 生产WLED的通用方法包括混合三个主要颜色的LED，即红色、绿色和蓝色（"RGB"） 二极管，或者使蓝色（或紫外，UV) LED与黄色荧光粉（或多种荧光粉）组合。上述任何一个 方法都要求复杂的掺杂/混合和精密控制多种材料和颜色，其证明是既有挑战性的又是昂 贵的。目前，市售的WLED主要是基于荧光粉的（例如，黄色发光的荧光粉，Ce 3+掺杂的钇铝 石榴石或（YAG) :Ce3+，与蓝色发光的InGaN/GaN二极管耦合）。虽然不如RGB二极管昂贵， 但是（YAG)=Ce 3+类型的荧光粉和WLED具有例如不适合用于溶液加工、显色指数（CRI)差、 相关色温（CCT)高和依赖于稀土（RE)组分的问题，这限制了它们在普通照明市场的广泛商 业化。 大约20%的全球稀土元素被用于清洁能源技术。其中镧、铈、铕、铽和钇是在用 于节能照明的荧光粉中使用的重要组分。由于对于RE元素作为用于不同技术的输入的需 求不断增加，其价格一直在上升。相比于2001年的价格，以当前美元计，增长水平是四至 四十九倍。在2001年至2011年7月19日之间，某些稀土元素的价格上涨如下：镧3200%、 铈2600 %、镝4900 %、铽1600 %、铕600 %和钇400 % (参见关键材料战略,美国能源部 (Critical Materials Strategy, U. S. Department of Energy)，可在 http: //energy, rov/ sites/prod/files/DOE CMS2011 FINAL Full, pdf h获得，2011 年 12 月）。 2010年，全球稀土氧化物（REO)产量估计为120, 000吨，并预计在2015年，总产 能将增加至200, 000吨。但是，需求比产量高得多，例如，对于氧化铕的全球需求的三分之 二是用于荧光粉中。根据模型计算，假设有限的LED和有机LED(OLED)替代荧光照明，产能 必须每年增加250吨以满足2025年的需求。假设有限的LED或OLED替代荧光照明，预计 2005年氧化钇的供应为11，000吨/年，而需求可以是12000吨/年。 美国能源部的2011年关键材料战略的报告显示，用于清洁能源技术中的几种稀 土材料具有短期内供应中断的风险。使用依赖于这些材料的清洁技术可能受到所存在的对 于稀土金属，特别是镝、钕、铽、铕和钇的供应挑战的影响。因此，开发新型荧光粉，尤其是节 能的、成本有效且不含RE元素的白色/黄色荧光粉和/或白色/黄色发光半导体材料是非 常重要的，并且是固态照明技术高度渴求的。 专利技术概述 本专利技术提供了具有优异的发光（尤其是白色和黄色发光性质）的新型的基于 IB-VII的晶体无机-有机杂化半导体材料，以解决上述需求。 在一个方面，本专利技术提供了一种IB-VII无机-有机杂化半导体化合物，其由IB族 过渡金属卤化物盐和有机杂芳族配体形成，其中杂芳族配体的至少一个环原子是独立地选 自N、0和S的杂原子并且所述IB族金属配位至环杂原子。 根据一个实施方式，提供具有下式的化合物： MX(L)n 其中： M是IB族过渡金属离子， X是卤素离子， L是有机杂芳族配体，其中至少一个环原子是配位至M的选自N、0或S的杂原子， 并且 11 = 0.5、1、2或3〇 在一个实施方式中，无机-有机杂化IB-VII半导体化合物的原子被排列以形成具 有I-D、2-D或3-D晶格结构的材料。在另一个实施方式中，本专利技术的无机-有机杂化IB-VII 半导体材料包含由多个重复出现的ID MX(L)晶格结构形成的晶体结构，其中重复出现的ID MX(L)晶格结构是由重复出现的X-M-L单元形成，其中相邻的X-M-L单元彼此反平行地排 列，使得重复出现单元X-M-L的每个M与和所述重复出现单元相邻的其它两个X-M-L单元 的另外两个X原子配位，并且所述重复出现单元的每个X与和所述重复出现单元相邻的所 述其它两个X-M-L单元的另外两个M原子配位，其中重复出现单元的M-X部分形成ID锯齿 形晶格结构，并且所述重复出现单元的有机配体（L)配位至M原子，并在ID锯齿形晶格结 构的两个相对侧排列。由X-M-L分子形成的ID锯齿形晶格结构可以通过排列的有机配体 任选地彼此堆叠在一起以形成有序的2D和3D晶格结构。 在另一个实施方式中，本专利技术的无机-有机杂化IB-VII半导体材料包含由多个重 复出现的2D-MX(L) Q.5晶格结构形成的晶体结构，其中重复出现的2D-MX(L)。.5晶格结构是 由重复出现的乂-1-". 5单元形成，其中相邻的X-M-L。.5单元彼此反平行地排列，使得重复出 现单元X-M-L115的每个M与和所述重复出现单元相邻的其它两个X-M-L。.5单元的另外两个 X原子配位，并且所述重复出现单元的每个X与和所述重复出现单元相邻的所述其它两个 父-1-".5单元的另外两个M原子配位，其中重复出现单元的M-X部分形成ID锯齿形结构，并 且每两个相邻的ID锯齿形晶格结构通过配位至ID锯齿形晶格结构中的M原子的共享有机 配体（L)相互连接以形成2D晶格结构。2D晶格结构可以通过对齐的有机配体任选地彼此 堆置在一起以形成有序的3D晶格结构。 在另一个方面，本专利技术提供了包含本文中公开的无机-有机杂化IB-VII半导体材 料的组合物。 在另一个方面，本专利技术提供了半导体器件，其特征在于，半导体模具包含本文中公 开的无机-有机杂化IB-VII半导体材料。 在另一个方面，本专利技术提供了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无机‑有机杂化IB‑VII半导体化合物，其包含IB族过渡金属卤化物盐和有机杂芳族配体，其中所述杂芳族配体的至少一个环原子是独立地选自N、O和S的杂原子并且所述卤化物盐的IB族金属配位至环杂原子。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：李静，张骁，乔治·Z·魏，刘威，
申请(专利权)人：新泽西鲁特格斯州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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