本发明专利技术公开了一种基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管，以硼氮掺杂碳纳米管为发光体，对其施加正向偏压时，发光体在可见光波段发光；其中，硼氮掺杂碳纳米管直接生长在绝缘衬底或者转移到绝缘衬底上，使用非对称电极技术或者局域门电极技术在硼氮掺杂碳纳米管上制作pn结。硼氮掺杂碳纳米管纯半导体性的特性解决了纯碳纳米管因为金属性管和半导体性管混杂在一起而难于集成的困难，本发明专利技术实现了一种可高度集成的基于一维纳米结构的可见光波段的纳米发光器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可见光发光二极管，特别是基于碳纳米管材料的可见光发光二极管。
技术介绍
碳纳米管是一种一维纳米材料，具有很高的机械强度，极高的电子迁移率，很好的热稳定性和化学稳定性，是极具希望的下一代微纳器件的核心材料。半导体性的碳纳米管是直接带隙材料，可用于发光器件和光探测器件。但是基于纯碳纳米管制作光电器件存在两个较大的问题。第一碳纳米管是金属性还是半导体性取决于具体每根管的螺旋结构，直接合成的碳纳米管样品均是金属性和半导体性管的混合物。而金属性的碳纳米管不能用来制作光电器件，这对基于碳纳米管的微纳器件的集成带来极大的困难。第二 半导体性碳纳米管的带隙较小，实验上成功合成的碳纳米管带隙都处于红外波段。无法应用于制作可见光波段的器件。
技术实现思路
针对纯碳纳米管应用于发光器件存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种可获得极高的集成度的基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管。为实现上述目的，本专利技术基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管，以硼氮掺杂碳纳米管为发光体，对其施加正向偏压时，发光体在可见光波段发光；其中，硼氮掺杂碳纳米管直接生长在绝缘衬底或者转移到绝缘衬底上，使用非对称电极技术或者局域门电极技术在硼氮掺杂碳纳米管上制作pn结。进一步，使用非对称电极技术时，选用钯钪电极对或者钯钇电极对，其中钯电极与纳米管之间形成P型接触，钪或者钇电极与纳米管之间形成η型接触。进一步，使用局域门电极技术时，源漏电极金属选用钛或者铝，在源漏电极与纳米管接触区域的上方或者下方制作局域门电极。进一步，一个器件内作为发光体的所述硼氮掺杂碳纳米管是单根的、或者多根平行阵列、或者多根无序随机导电网络。进一步，所述硼氮掺杂碳纳米管是单壁纳米管或者多壁纳米管。进一步，两电极之间的所述硼氮掺杂碳纳米管长度在几十纳米到几十微米之间任意调节。硼氮掺杂碳纳米管纯半导体性的特性解决了纯碳纳米管因为金属性管和半导体性管混杂在一起而难于集成的困难，本专利技术实现了一种可高度集成的基于一维纳米结构的可见光波段的纳米发光器件。附图说明图I为单根纳米管发光二极管非对称电极器件结构示意 图2为多根纳米管平行阵列非对称电极器件结构示意图；图3为纳米管随机导电网络非对称电极器件结构示意 图4为一个实际制作的硼氮共掺杂碳纳米管的发光二极管光学显微镜照片； 图5为图4所示的硼氮共掺杂碳纳米管发光二极管扫描电子显微镜照片； 图6为图4和图5所示的硼氮共掺杂碳纳米管发光二极管的电压电流曲线； 图7为图4和图5所示的硼氮共掺杂碳纳米管发光二极管的发射光谱。具体实施例方式下面，参考附图，对本专利技术进行更全面的说明，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本专利技术全面和完整，并将本专利技术的范围完全地传达给本 领域的普通技术人员。本专利技术基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管，以硼氮掺杂碳纳米管为发光体，对其施加正向偏压时，发光体在可见光波段发光，硼氮掺杂碳纳米管直径可小到I纳米，用这种一维纳米材料制作发光二极管，可获得极高的集成度，或应用于片上微纳尺度光电系统。基于硼氮共掺杂碳纳米管的发光二极管制作的第一步是将纳米管生长在绝缘衬底上(直接生长法)，或者将已合成的纳米管样品转移到绝缘衬底上(转移法)。直径生长法通常使用表面有二氧化硅层的单晶硅基片，在需要纳米管的区域撒布催化剂，然后使用化学气相沉积的方法在二氧化硅层上直接生长纳米管阵列或者纳米管随机网络。转移法是将生长在其他衬底的纳米管利用纳米材料转移技术转移到器件制作衬底上，或者将纳米管分散到易挥发溶液中，然后涂布到器件制作衬底上。纳米管上需要制作pn结。可使用在纯碳纳米管中已研究成熟的非对称电极技术或者局域门电极技术。使用非对称电极技术时，用电子束光刻技术或者光学光刻技术，分两步制作金属钯电极与金属钪电极，或者金属钯电极与金属钇电极。金属钯电极与纳米管界面形成P型接触，电压加上时通过钯电极向纳米管注入空穴载流子。金属钪(或者金属钇)与纳米管界面形成η型接触，电压加上时向纳米管注入电子载流子。这样钯电极与钪电极(或者钇电极)在纳米管上形成pn结。电压为正偏压时，两个电极分别注入的空穴和电子在纳米管上复合，产生可见光发光。在纳米管上制作pn结的方法还可使用在纯碳纳米管纳米器件中常用的局域门电极的方法。即首先在纳米管上制作同样材质的源电极与漏电极，可用钛金属电极或者铝金属。然后用高介电系数的绝缘材料覆盖纳米管和金属电极的接触区域，随后在此绝缘层上正对纳米管和金属电极接触区域的地方制作两个局域门电极。在局域门电极加正电压时，此门电极下方的金属电极向纳米管注入空穴载流子；局域门电极加负电压时，此门电极下方的金属电极向纳米管注入电子载流子。两个局域门电极，一个加正电压，一个加负电压，实现空穴和电子的分别注入，达到在纳米管上形成pn结的效果。根据器件尺寸要求和发光度的要求，在一个发光二极管器件中使用的硼氮掺杂碳纳米管可以是单根的、或者多根平行阵列、或者多根无序随机导电网络，可以使用单壁纳米管或者使用多壁纳米管。纳米管沟道的长度可以在几十纳米到几十微米之间任意调节。钯电极钪电极的非对称电极器件结构相比局域门电极器件结构来说，制作工艺步骤较少，单个器件尺寸相对较小，可获得更高的制作效率与器件集成度，为该硼氮共掺杂碳纳米管的发光二极管器件结构的优选结构。 图I为单根硼氮掺杂碳纳米管发光二极管器件结构示意图。纳米管样品4分散在绝缘衬底I上，使用标准微加工金属电极制作工艺(包括光刻、金属沉积、金属剥离等工艺步骤)分别在单根纳米管样品两端制作钯电极2和钪电极(或者钇电极)3。钯电极2与纳米管形成P型接触，钪电极(或者钇电极)3与纳米管形成η型接触。基于单根硼氮掺杂碳纳米管的Pn结因此构成，给此pn结加上正向偏压纳米管可发射可见光。如图2所示，也可直接在绝缘衬底I上用化学气相沉积方法生长平行纳米管阵列5，在纳米管阵列上制作钯电极与钪电极(或者乾电极)。一对钮钪(乾)电极之间连接有多根纳米管。或者如图3所示，生长或者转移纳米管形成纳米管导电随机网络6，在其上制作钯钪(钇)电极对。一个器件中参与导电的纳米管越多，其器件工作电流也越大，发光强度也越大。图4显示了一个制成的硼氮共掺杂碳纳米管的发光二极管光学显微镜照片，此器件使用钯钪非对称电极技术。光学显微镜下钪电极与钯电极呈现不同的颜色。图5显示了图4所示的发光二极管扫描电子显微镜照片。可以看到钯钪电极对之间有平行纳米管阵列导电通道。图6为图4和图5所示的发光二极管的电压电流曲线，器件表现出二极管典型的单向导电性。图7为给该器件加上正向偏压，并用光谱仪检测该器件的发射光谱。图中分别显示了偏压Vb=2V和偏压Vb=5V时的发射光谱，偏压越大，发光峰强度越大。权利要求1.基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管，其特征在于，该可见光发光二极管以硼氮掺杂碳纳米管为发光体，对其施加正向偏压时，发光体在可见光波段发光；其中，硼氮掺杂碳纳米管直接生长在绝缘衬底或者转移到绝缘衬底上，使用非对称电极技术或者局域门电极技术在硼氮掺杂碳纳米管上制作pn结。2.如权利要求I所述的基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管，其特征在于，使用非对称电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于硼碳氮纳米管的可见光发光二极管，其特征在于，该可见光发光二极管以硼氮掺杂碳纳米管为发光体，对其施加正向偏压时，发光体在可见光波段发光；其中，硼氮掺杂碳纳米管直接生长在绝缘衬底或者转移到绝缘衬底上，使用非对称电极技术或者局域门电极技术在硼氮掺杂碳纳米管上制作pn结。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓霞，王文龙，许智，白雪冬，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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