核壳型量子点及核壳型量子点的制造方法技术

本发明专利技术为一种核壳型量子点，其包含：至少包含In及P且以第III

Core-shell quantum dots and manufacturing method of core-shell quantum dots

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】核壳型量子点及核壳型量子点的制造方法


[0001]本专利技术涉及核壳型量子点及核壳型量子点的制造方法。

技术介绍

[0002]对于半导体纳米颗粒单晶，若晶体的尺寸为激子的玻尔半径以下，则会产生强的量子限域效应(quantum confinement effect)，能级变得离散。能级取决于晶体的尺寸，因此光吸收波长或发光波长可利用晶体尺寸来进行调节。此外，由半导体纳米颗粒单晶的激子复合产生的发光因量子限域效应而变得高效，并且其发光基本为亮线，因此如果能够实现大小一致的粒度分布，则可形成高亮度窄频带的发光，由此备受关注。将这种由纳米颗粒中的强量子限域效应引起的现象称为量子尺寸效应，正在进行研究以广泛开展将利用了上述性质的半导体纳米晶体应用作量子点。
[0003]作为量子点的应用，正在研究将其应用于显示用荧光材料。如果能够实现窄频带高效率的发光，则能够表现出以现有技术所无法重现的颜色，由此作为下一代显示材料而备受瞩目。然而，虽然对作为发光特性最好的量子点的CdSe进行了研究，但其高毒性限制了其应用，需要研究一种无Cd的材料。
[0004]对此，受到瞩目的材料是以InP为核的量子点。在MIT集团报道了CdSe的3年后的1996年确认了其可见光的发光(非专利文献1)，此后，明确了能够利用量子尺寸效应覆盖RGB(红：λ＝630nm 1.97eV、绿：λ＝532nm、蓝：λ＝465nm)，并进行了深入研究。
[0005]然而，已知与CdSe相比，InP的光学特性差。问题之一在于InP量子点的量子效率的改善。基本上，由于作为纳米尺寸的半导体晶体颗粒的量子点的表面非常活跃，带隙小的核的反应性变得非常高，因此仅对于CdSe或InP等的核而言容易在晶体表面产生悬空键(dangling bond)等缺陷。因此，制造了以带隙大于核且晶格失配小的半导体纳米晶体作为壳的核壳型的半导体晶体颗粒，CdSe系的量子点可以获得接近100％的量子效率。另一方面，在以InP为核的量子点中虽然也同样通过覆盖壳而改善了量子效率，但仅限于60％～80％，从而仍期待改善量子效率。现有技术文献非专利文献
[0006]非专利文献1：Nozik et al，“Highly efficient band
‑
edge emission from InP quantum dots”，Appl.Phys.Lett.68，3150(1996)非专利文献2：J.P.Park，J.
‑
J.Lee，S.
‑
W.Kim，“Highly luminescent InP/GaP/ZnSQDs emitting in the entire colorrange via a heating up process”，Sci.Rep.6：30094(2016)非专利文献3：Yang Li，Xiaoqi Hou，Xingliang Dai，Zhenlei Yao，Liulin Lv，Yizheng Jin，and Xiaogang Peng，“Stoichiometry
‑
controlled InP
‑
based quantum dots：synthesis，photoluminescence，and electroluminescence”，J.Am.Chem.Soc.2019，141，6448
‑
6452

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题
[0007]可以列举出两个以InP为核的量子点的量子效率低的原因。原因之一在于，针对III
‑
V族的核形成II
‑
VI族的壳导致核壳界面产生缺陷。核壳界面的缺陷是因价数的不同导致的，显然若混合存在有III价与II价的离子则会产生缺陷。对于该核壳界面的缺陷，根据非专利文献2可知，通过用由GaP形成的壳覆盖InP核可改善量子效率，以绿色获得高达85％的量子效率。这是由于，通过在作为第III
‑
V族半导体晶体的InP的核上形成同族的GaP的壳，能够防止在靠近核的壳间产生缺陷。然而，通过用GaP进行覆盖，容易向短波长位移，目前无法实现红色的发光。此外，GaP的耐氧化性比ZnS低，为了实际进行应用需要进一步包覆ZnS壳，但由于会产生第III
‑
V族/第II
‑
VI族半导体的界面，因此量子效率的改善有限。
[0008]作为量子效率低的另一个原因，认为是在用第II
‑
VI族半导体壳进行包覆时带入了合成核时产生的多余的In
3+
离子，从而导致产生缺陷量子效率下降。在合成InP核时，若以形成化学计量组成的方式调整In前驱体与P前驱体则发光特性差，若使In前驱体多于P前驱体则粒度分布得到改善且半峰宽可以为40nm左右，因此合成核后会产生多余的In前驱体。作为其改善方法，非专利文献3中示出了下述方法：合成InP核，接着用ZnSe的薄壳进行包覆，使其具有稳定性，然后进行纯化，由此可在合成时去除多余的In
3+
离子，并通过进一步添加ZnSe壳与ZnS壳进行包覆，将量子效率提高至90％以上。然而该方法由于伴有纯化而工序数增多，因此不适合实际使用，由于无法连续地以一锅(One pot)进行合成因此难以扩大生产规模，从而寻求更简便的制作方法。
[0009]如上所述，对于使用第III
‑
V族半导体纳米晶体作为核的量子点，由于与第II
‑
VI族半导体纳米晶体壳之间产生缺陷，因此存在量子效率无法提高的技术问题。此外，在合成InP时，若In前驱体量少则发光特性变差，因此无法以化学计量组成进行合成，增加In前驱体量进行合成的结果是会产生多余的In
3+
离子，从而存在因将其带入至第II
‑
VI族半导体纳米晶体壳内而导致产生缺陷的技术问题。
[0010]本专利技术是鉴于上述的技术问题而完成的，其目的在于提供一种荧光发光效率得到提高的量子点及其制造方法。解决技术问题的技术手段
[0011]本专利技术是为了实现上述目的而完成的，本专利技术提供一种核壳型量子点，其包含：至少包含In及P且以第III
‑
V族元素为构成元素的半导体纳米晶体核；及包覆所述半导体纳米晶体核且以第II
‑
VI族元素为构成元素的单一或多个半导体纳米晶体壳，在所述半导体纳米晶体核与所述半导体纳米晶体壳之间具有缓冲层，所述缓冲层包含以第II
‑
V族元素为构成元素的半导体纳米晶体。
[0012]根据这样的核壳型量子点，即使在使用以第III
‑
V族元素为构成元素的半导体纳米晶体作为核的情况下，也可以形成荧光发光效率得到提高的量子点。
[0013]此时，能够制成一种核壳型量子点，其中，所述半导体纳米晶体核至少包含InP，进一步包含选自GaP、AlP中的半导体纳米晶体或其混晶。
[0014]由此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种核壳型量子点，其特征在于，其包含：至少包含In及P且以第III
‑
V族元素为构成元素的半导体纳米晶体核；及包覆所述半导体纳米晶体核且以第II
‑
VI族元素为构成元素的单一或多个半导体纳米晶体壳，在所述半导体纳米晶体核与所述半导体纳米晶体壳之间，具有缓冲层，所述缓冲层包含以第II
‑
V族元素为构成元素的半导体纳米晶体。2.根据权利要求1所述的核壳型量子点，其特征在于，所述半导体纳米晶体核至少包含InP，进一步包含选自GaP、AlP的半导体纳米晶体或其混晶。3.根据权利要求1或2所述的核壳型量子点，其特征在于，所述半导体纳米晶体壳包含选自ZnSe、ZnS或其混晶中的一种以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的核壳型量子点，其特征在于，所述缓冲层中的以所述第II
‑
V族元素为构成元素的半导体纳米晶体为Zn3P2。5.一种核壳型量子点的制造方法，其特征在于，包括：使至少包含In的第III族元素前驱体与至少包含P的第V族元素前驱体在溶液中反应，合成至少包含In及P...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木伸司，野岛义弘，鸢岛一也，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：