红外量子点层及其制备方法、红外感光元件及其制备方法技术

本公开涉及红外量子点层及其制备方法、红外感光元件及其制备方法，红外量子点层的制备方法包括制备预置量子点、非极性长链配体溶液、极性短链配体溶液和固体配体液；其中，预置量子点溶解在非极性长链配体溶液中；将溶解有预置量子点的非极性长链配体溶液与极性短链配体溶液混合，使量子点向极性短链配体转移，形成预置溶液；采用预置溶液，形成预置膜层；利用固体配体液对预置膜层进行固体配体法处理，钝化预置膜层表面的缺陷态，形成红外量子点层。通过本公开的技术方案，提高了红外量子点层中载流子的迁移率和红外感光元件的光电响应效率。应效率。应效率。

【技术实现步骤摘要】
红外量子点层及其制备方法、红外感光元件及其制备方法


[0001]本公开涉及光电传感器
，尤其涉及一种红外量子点层及其制备方法、红外感光元件及其制备方法。

技术介绍

[0002]高性能红外探测器因其能够实现远距离、全天候的识别物体的红外信息，通常作为气象遥感、军事侦查以及航天探测等领域的核心元部件。对于此波段敏感的红外探测器主要基于单晶锑化铟(InSb)和汞镉碲(HgCdTe)等材料形成，然而单晶外延生长的成本一直居高不下，并且与硅基读出电路耦合时工艺也极为复杂，进一步提高了成本，限制了探测器的应用。
[0003]针对此，人们对于量子点红外探测器、量子阱红外探测器、III—V半导体的II类超晶格等替代方案进行了研究，寻求解决之道。胶体量子点(Colloidal Quantum Dot)作为新一代光电材料，其本质上是一种表面被配体覆盖且尺寸小于玻尔激子半径的半导体纳米晶体，且因具有独特的性质和光电特性而得到广泛关注。过去的十五年中，胶体量子点由于其光谱调控范围宽，热注射法合成制备成本低、液相加工可直接涂在硅电子器件上的优势，在光电器件发展上取得了重大进展。
[0004]然而，目前胶体量子点薄膜中载流子的低迁移率极大限制了光电探测器的光响应率、内量子效率及响应速率等器件核心性能。量子点制备过程中的配体交换可以利用短链配体替换胶体量子点表面的长链配体，是提升载流子迁移率的有效方法，配体交换的常用方法有固体配体交换法和传统液相配体交换法。固体配体交换法配体取代的数量有限，载流子迁移率的提升的程度有限，并且量子点薄膜表面会形成大量空洞，造成表面缺陷；传统液相配体交换法配体取代的数量更多，可以有效提高载流子迁移率，然而该种方法通常涉及退火，会使量子点部分失去量子限制，使材料的量子产量降低，失去光电响应。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种红外量子点层及其制备方法、红外感光元件及其制备方法，提高了载流子的迁移率和光电响应效率。
[0006]第一方面，本公开提供了一种红外量子点层的制备方法，包括：
[0007]制备预置量子点、非极性长链配体溶液、极性短链配体溶液和固体配体液；其中，所述预置量子点溶解在非极性长链配体溶液中；
[0008]将溶解有预置量子点的非极性长链配体溶液与所述极性短链配体溶液混合，使量子点向极性短链配体转移，形成预置溶液；
[0009]采用所述预置溶液，形成预置膜层；
[0010]利用所述固体配体液对所述预置膜层进行固体配体法处理，钝化所述预置膜层表面的缺陷态，形成所述红外量子点层。
[0011]可选地，制备预置量子点，包括在惰性气体环境中执行下述步骤：
[0012]将第一待反应物和溶剂在第一预设温度范围内加热，直至第一待反应物完全溶解在溶剂内，得到清澈溶液；
[0013]将第二待反应物稀释在同一种溶剂内，得到待注射溶液；
[0014]将所述待注射溶液注入所述清澈溶液内，在第二预设温度范围内加热预设时长；其中，所述第一预设温度范围在所述第二预设温度范围内；
[0015]注入冷却剂，在环境条件或者水浴中冷却到室温，得到所述预置量子点。
[0016]可选地，量子点包括碲化汞；
[0017]其中，制备极性短链配体溶液，包括：
[0018]提供丁基氯化铵、2
‑
巯基乙醇和正丁胺；
[0019]将所述丁基氯化铵、2
‑
巯基乙醇和正丁胺溶解在二甲基甲酰胺DMF中，形成极性短链配体溶液；
[0020]其中，所述非极性长链配体溶液包括正己烷；
[0021]其中，形成预置溶液，包括：
[0022]在所述极性短链配体溶液中加入溶解有碲化汞的正己烷溶液；
[0023]继续加入抗溶剂，并在预设转速下离心沉淀碲化汞量子点；
[0024]丢弃离心后的上清液后，利用DMF溶解碲化汞量子点，在DMF中生成胶体稳定的量子点墨水，以形成所述预置溶液。
[0025]可选地，形成预置膜层，包括：
[0026]通过旋涂或滴涂所述量子点墨水，形成所述预置膜层；
[0027]所述固体配体液包括乙二硫醇/盐酸溶液；
[0028]其中，对所述预置膜层进行固体配体液法处理，包括：
[0029]利用乙二硫醇/盐酸溶液对所述预置膜层进行固体配体法处理；其中，乙二硫醇用量子点表面汞原子绑定取代2
‑
巯基乙醇，钝化表面缺陷态，且盐酸去除表面氧化物并稳定费米面。
[0030]可选地，在形成预置溶液时，还包括：
[0031]加入氯化汞；
[0032]其中，基于氯化汞的加入量，获得本征型或N型掺杂的量子点。
[0033]第二方面，本公开提供了一种红外量子点层，采用第一方面提供的任一种红外量子点层的制备方法制备得到；
[0034]所述红外量子点层的迁移率μ为0.1cm2/Vs≤μ≤10cm2/Vs。
[0035]第三方面，本公开提供了一种红外感光元件的制备方法，包括：提供基底；
[0036]在所述基底上形成层叠设置的多层布拉格反射镜；
[0037]在所述多层布拉格反射镜上形成光学隔离层；
[0038]在所述光学隔离层上形成透明电极层；
[0039]在所述透明电极上形成红外量子点层；
[0040]在所述红外量子点层上形成全反射电极层；
[0041]其中，所述红外量子点层采用第一方面提供的任一种的红外量子点层的制备方法形成。
[0042]可选地，红外感光元件的制备方法还包括：
[0043]在所述红外量子点层与所述全发射电极层之间形成掺杂层；
[0044]其中，所述红外量子点层与所述掺杂层构成PN结。
[0045]第四方面，本公开还提供了一种红外感光元件，采用第三方面提供的任一种红外感光元件的制备方法形成。
[0046]本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0047]本公开实施例提供的红外量子点层的制备方法包括：制备预置量子点、非极性长链配体溶液、极性短链配体溶液和固体配体液；其中，预置量子点溶解在非极性长链配体溶液中；将溶解有预置量子点的非极性长链配体溶液与极性短链配体溶液混合，使量子点向极性短链配体转移，形成预置溶液；采用预置溶液，形成预置膜层；利用固体配体液对预置膜层进行固体配体法处理，钝化预置膜层表面的缺陷态，形成红外量子点层。由此，利用溶解有预置量子点的非极性长链配体溶液与极性短链配体溶液混合，使极性短链配体替代量子点表面的非极性长链配体，实现了量子点从非极性长链配体向极性短链配体的转移，形成稳定的预置溶液，利用预置溶液形成预置膜层后，对预置膜层进行固体配体法处理形成红外量子点层，其中无需退火过程，使量子点全部保留量子限制，量子产量较高，光电响应较好；同时，配体链长较短，且利用固体配体法处理预置膜层表面，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外量子点层的制备方法，其特征在于，包括：制备预置量子点、非极性长链配体溶液、极性短链配体溶液和固体配体液；其中，所述预置量子点溶解在非极性长链配体溶液中；将溶解有预置量子点的非极性长链配体溶液与所述极性短链配体溶液混合，使量子点向极性短链配体转移，形成预置溶液；采用所述预置溶液，形成预置膜层；利用所述固体配体液对所述预置膜层进行固体配体法处理，钝化所述预置膜层表面的缺陷态，形成所述红外量子点层。2.根据权利要求1所述的红外量子点层的制备方法，其特征在于，制备预置量子点，包括在惰性气体环境中执行下述步骤：将第一待反应物和溶剂在第一预设温度范围内加热，直至第一待反应物完全溶解在溶剂内，得到清澈溶液；将第二待反应物稀释在同一种溶剂内，得到待注射溶液；将所述待注射溶液注入所述清澈溶液内，在第二预设温度范围内加热预设时长；其中，所述第一预设温度范围在所述第二预设温度范围内；注入冷却剂，在环境条件或者水浴中冷却到室温，得到所述预置量子点。3.根据权利要求1或2所述的红外量子点层的制备方法，其特征在于，量子点包括碲化汞；其中，制备极性短链配体溶液，包括：提供丁基氯化铵、2
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巯基乙醇和正丁胺；将所述丁基氯化铵、2
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巯基乙醇和正丁胺溶解在二甲基甲酰胺DMF中，形成极性短链配体溶液；其中，所述非极性长链配体溶液包括正己烷；其中，形成预置溶液，包括：在所述极性短链配体溶液中加入溶解有碲化汞的正己烷溶液；继续加入抗溶剂，并在预设转速下离心沉淀碲化汞量子点；丢弃离心后的上清液后，利用DMF溶解碲化汞量子点，在DMF中生成胶体稳定的量子点墨水，以形成所述预置溶液。4.根据权利要求3所述的红外量子点层的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦璐，郝群，唐鑫，薛晓梦，罗宇宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：