专利名称：提高半导体型碳纳米管发光效率的方法
技术领域：
本发明涉及半导体近红外光源和半导体近红外发 光二极管，特别是指 一 种提高半导体型碳纳米管发光 效率的方法。
背景技术：
碳纳米管是由由石墨烯片层围成的一种管状结
构。碳纳米管可以通过结构指数(n， m )来表征。碳纳 米管的直径从零点五纳米 一 直变化到几纳米。相对于 其它纳米材料，碳纳米管具有很多独特的性质。三分 之 一 的碳纳米管具有金属性，而另外三分之二的碳纳 米管具有半导体性。由于碳纳米管的直径分布范围非 常广，使得半导体型碳纳米管的带隙从可见光变化到 远红外。另外，由于碳纳米管的半径非常小，其电子 和空穴都被限制在非常小的尺度范围内，电子和空穴 之间的强烈库仑相互作用使得电子空穴对形成了激 子。碳纳米管激子的激子束缚能非常大，从几十毫电子伏特变化到一个电子伏特，这匙激子束缚台,b 冃匕与碳纳
米管的直径，手性和介电屏蔽等有关。因此，即使在
常温的小主 l冃况下，半导体碳纳米管的激子仍然能稳定地
存在激子也就决定了半导体碳纳米管的光学性质
半导体碳纳米管的发光也就以激子发光为主，不同碳
纳米管的发光波长从近红外C大约8 0 0纳米直
变化到几个微米因此，碳纳米管是 一 种理木目的近红
外光源但是，最近的研内 允表明，碳纳米管的发光效
率非常低1=1有千分之左右，其原因主要在于碳纳
米管且 / 、有一个能量最低的暗激子态，同时碳纳米管
中还存在各种非常快的非车虽射复合发光过程因此，
如何提咼碳纳米管的发光效率，是碳纳米管在发光一
极管等方面应用所需要迫切:解决的-一个问题<
将相同的m)半导体型碳纳米管组成碳纳米
管束可以通过提咼发光的碳纳米管数量来提咼发光
强度但是，由于光激发的激子可以通过碳纳米管之
间的额外驰豫渠道发生非i石 年田射复合，因此从本征上，
这种方法并不能通过碳纳米管的发光效率
发明内容
本发明的巨的在于提供种提高半导体型碳纳米
管发光效率的方法，利用这种方法，可以非常显著地提咼半导体型碳纳米管的发
方法应用于半导体型碳纳米
咼发光器件的发光强度和发
本发明提供种提咼半
的方法其特征在于，该方
制备含有不同带隙半导
束
把碳纳米管束准备成发
米管束中的宽带隙半导体型
相等的激发光去激发碳纳米
窄带隙半导体型碳纳米管的
或者把碳纳米管束准备
束两一山 顺施加偏压，来提咼碳
型碳纳米管的电荧光发光效
中碳纳米管束全部由
或者含有少的金属型碳纳
中制备碳纳米管束的
a )利用微机械将不同
束'，
b )利用物理和化学方;
c )把碳纳米管溶解到
光效率。可以有效地把此
管的各种发光器件，来提
光效率。
导体型碳纳米管发光效率
法包括
体型碳纳米管的碳纳米管
光器件，选择能量与碳纳
碳纳米管的带隙相接近或
管束来提高碳纳米管束中
光致发光效率;
成发光器件，在碳纳米管
纳米管束中窄 泰带隙半导体
牛 ° 半导体型碳纳米管组成，米管。
方法包括
碳纳米管组合成碳纳米管
直接生长碳纳米管束； 学试剂中，通过化学物理方法分离和获取不同尺寸的碳纳米管束。
其中激发光包括激光，发光二极管和广谱光源。
中当在碳纳米管束两端施加偏压时，需要在碳
纳米管束两端制备欧姆电极接触。
本发明的一种提高半导体型碳纳米管发光效率的
方法，可以应用于半导体型碳纳米管的各种发光器件，
用来提咼发光器件的发光强度和发光效率。
为进—步说明本发明的内容及特点，以下结合附
图及实施伊J对本发明方法作 一 详细的描述，其中
图1是不同激发光能量激发下碳纳米管束溶液的
光致发光")並 }曰和碳纳米管束溶液的光致发光激发光谱。
体实施方式
一种提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，该
方法包括:
制备含有不同带隙半导体型碳纳米管的碳纳米管
束该碳纳米管束全部由半导体型碳纳米管组成，或
者含有少的金属型碳纳米管；
g巾制备碳纳米管束的方法包括a )利用微机械将不同碳纳米管组合成碳纳米管
束；
b )利用物理和化学方法直接生长碳纳米管束；
c)把碳纳米管溶解到化学试剂中，通过化学物理
方法分离和获取不同尺寸的碳纳米管束
把碳纳米管束准备成发光器件，选择能量与碳纳
米管束中的宽带隙半导体型碳纳米管的帀隙相接近或
相等的激发光去激发碳纳米管束来提高碳纳米管束中
窄带隙半导体型碳纳米管的光致发光效率中激发
光包括激光，发光二极管和广谱光源；
或者把碳纳米管束准备成发光器件，在碳纳米管
束两丄山 顺施加偏压，来提高碳纳米管束中窄带隙半导体
型碳纳米管的电荧光发光效率；其中当在碳纳米管束
两丄山 顺施加偏压时，需要在碳纳米管束两端制备欧姆电
极接触
制备含有不同带隙半导体型碳纳米管的纳米管束
的方法很多。作为实例，我们把碳纳米管溶解到化学
试剂中，通过化学物理方法分离和获取不同尺寸的碳
纳米管束，g具体方法如下将 一 定的半导体型碳
纳米管含量很多的一种碳纳米管加入到重水，重水中
含有11%的十二烷基苯磺酸钠，将置入超声系
统超声数小时，使得碳纳米管分散到重水中■随后马上用0.7微米的纤维玻璃滤纸过滤超声后的纳米管
溶液，并立即用离心机离心数小时，取出上半部分清
澈的纳米管溶液。通过调节实验条件，最后上半部分
清澈的纳米管溶液基本上只含有被表面活性剂包裹的
碳纳米管束。
般含单根碳纳米管的溶液为无色透明的溶液
但我们制备的碳邻米管束溶液颜色发灰，说明溶液中
包含大的碳纳米管束。
为了研究碳纳米管束的发光效率，我们用不同的
激发光激发碳纳米管束溶液得到了碳纳米管束溶液得
光致发光(PL)光谱和光致发光激发(PLE)光谱光
谱如图1所示。
从图1中的PL光谱可以看出，当用波长为568
纳米c能量正好等于(6 ， 5 )半导体型碳纳米管第
二电子能带所对应的激子态能量)激发碳纳米管时，
(6 , 5 )半导体型碳纳米管的带边(位于9 8 2纳米)
发光强度基本上与激发波长为8 3 1纳米时所获得的
相应强度相接近。由于8 3 1纳米激发光对于(6，5 )
半导体型碳纳米管来说，是非共振激发，因此所激发
的激子数量比56 S纳米激发光所激发的激子数量要
少很多。但它们相近的荧光强度说明在8 3 1纳米激
发光下，(6 ，5)半导体型碳纳米管具有更高的发光效率。由于8 3 1纳米激发光对应的能量正好等于(54半导体型碳纳米管的带隙，因此，选择能量与碳
纳米管束中宽带隙半导体型碳纳米管(比如(5 ,4 )
碳纳米管的带隙相接近或相等的激发光去激发碳纳
米管束来提高碳纳米管束中窄带隙半导体型碳纳米管
比如c6，5 )碳纳米管)的光致发光效率。
图1中的PLE给出了不同激发光能量激发下带边位于1246纳米的(9， 5)碳纳米管的发光强度。
可以看出，当激发光能量等于宽带隙(6 ， 5 )碳纳
米管的带边时，窄带隙(9 ， 5 )碳纳米管的发光强
度最大这进步说明了宽带隙碳纳米管的激发可以
提1气窄带隙碳纳米管的发光效率。
对于碳纳米管的电致发光器件，由于在宽带隙碳
纳米管中产生的激子可以很快传输到窄带隙碳纳米管
中，也可以提高窄带隙碳纳米管的发光效率。
以上实例说明，通过制备含有不同带隙半导体型
碳纳米管的纳米管束，并把纳米管束制备成发光器件，
在宽带隙碳纳米管中产生的激子可以很快传输到窄带
隙碳纳米管并在窄带隙碳纳米管的带边复合，从而可
以提咼窄带隙碳纳米管的发光效率。
权利要求
1、一种提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，其特征在于，该方法包括制备含有不同带隙半导体型碳纳米管的碳纳米管束；把碳纳米管束准备成发光器件，选择能量与碳纳米管束中的宽带隙半导体型碳纳米管的带隙相接近或相等的激发光去激发碳纳米管束来提高碳纳米管束中窄带隙半导体型碳纳米管的光致发光效率；或者把碳纳米管束准备成发光器件，在碳纳米管束两端施加偏压，来提高碳纳米管束中窄带隙半导体型碳纳米管的电荧光发光效率。
2. 根据权利要求1所述的提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，其特征在于，其中碳纳米管束全部由半导体型碳纳米管组成，或者含有少的金属型碳纳米管
3.根据权利要求1所述的提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，其特征在于，其中制备碳纳米管束的方法包括a )利用微机械将不同碳纳米管组合成碳纳米管束；b )利用物理和化学方法直接生长碳纳米管束；c)把碳纳米管溶解到化学试剂中，通过化学物理方法分离和获取不同尺寸的碳纳米管束4.根据权利要求1所述的提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，其特征在于，其中激发光包括激光，发光二极管和广谱光源。5.根据权利要求1所述的提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，其特征在于，其中当在碳纳米管束两丄山 顺施加偏压时，需要在碳纳米管束两丄山 顺制备欧姆电极接角虫。
全文摘要
本发明一种提高半导体型碳纳米管发光效率的方法，其特征在于，该方法包括制备含有不同带隙半导体型碳纳米管的碳纳米管束；把碳纳米管束准备成发光器件，选择能量与碳纳米管束中的宽带隙半导体型碳纳米管的带隙相接近或相等的激发光去激发碳纳米管束来提高碳纳米管束中窄带隙半导体型碳纳米管的光致发光效率；或者把碳纳米管束准备成发光器件，在碳纳米管束两端施加偏压，来提高碳纳米管束中窄带隙半导体型碳纳米管的电荧光发光效率。
文档编号H01L33/00GK101308889SQ200710099289
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者俊 张, 李桂荣, 谭平恒 申请人:中国科学院半导体研究所