一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法_2

文档序号:8906865阅读:来源:国知局
热处理方式实现聚酰胺酸的聚酰亚胺化,得到基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管。
[0014]较佳的,所述步骤S4中的阶梯温度热处理方式为:120°C /IhasooC /lh,250°C /lh,300°C /lh。
[0015]与现有技术相比,本发明提供一种基于低成本、大面积溶液制备技术,实现金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合层在硅/二氧化硅衬底表面上可控制备,从而制备出一种新型的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法,本发明基于常规的旋涂成膜工艺技术制备出以硅/ 二氧化硅为衬底,以金属量子点核作为等离子激元增强中心,以金属量子点核外包覆的有机高分子壳层作为隔离层,以光照手段控制导电沟道载流子浓度、以金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层为导电沟道、以金属电极分别引出相应的源极、漏极,最后再通过有机物封装制备出基于光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道的薄膜晶体管。本发明制备方法新颖,制作成本低,制备工艺简单,器件性能灵活可控。所制备的晶体管具有特殊金属量子点等离子体增强层和金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道层,因此,可充分利用金属量子点等离子激元对于光场或电场增强调控效应及其半导体量子点膜层的量子尺寸效应,从而有效提高了光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道薄膜晶体管的灵敏度,因此,在新型光电器件中将具有非常重要的应用前景。
[0016]
【附图说明】
[0017]图1为硅/ 二氧化硅衬底结构示意图;
图2为涂覆了金属/有机壳核量子点和半导体量子点复合膜层后的硅/二氧化硅衬底结构示意图; 图3为涂覆了金属/有机壳核量子点和半导体量子点复合膜层并镀电极后的硅/二氧化娃衬底结构不意图;
图4为封装后的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管结构示意图。
[0018]图5为基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的工作原理示意图。
[0019]标号说明:1为衬底娃,2为娃表面的二氧化娃膜,3为涂覆的金属/有机壳核量子点,4为半导体CdSe量子点,5为源极电极,6为漏极电极,7为有机绝缘封装层;8为辐照光方向,9为受增强光调控半导体CdSe量子点。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0021]实施例一。
[0022](I)分别称取0.0207g氧化镉粉末,0.112g 1-十四基磷酸和2.0g三正丁基氧化膦置入一 50ml三颈烧瓶中,先氩气排空30min,随后氩气保护下加热至240°C至溶质完全溶解形成透明溶液,即为镉前驱体溶液;随后将镉前驱体溶液反应器混合后并在100°C真空条件下处理0.5小时,再将反应器温度调整至250°C°C ;
(2)分别称取0.0316g砸粉、1.0g三丁基膦置入另一 50ml三颈烧瓶中,随后氩气保护下加热至100°C至溶质完全溶解形成透明溶液,即可得砸前驱体溶液;
(3)将砸前体溶液迅速注入到镉前体溶液中,随后将混合溶液温度降至220°C,并在此温度下保温Imin ;然后去掉热源,并冷却降温至80°C时,向混合液中注入甲醇溶液,得到相应的纳米晶沉淀,并经过离心、清洗得到CdSe量子点的氯仿或者甲苯溶液;
(4)分别按照比例称取硝酸银或HAuC14等含金属离子化合物:亚油酸钠:无水乙醇:亚油酸=0.3:1.0:5:0.5,随后将其混合物倒入反应釜中,并加入适量的去离子水,使混合液体积占反应釜总体积的40%,并搅拌混合均匀,在20°C温度条件下热处理30min,随后将反应产物反复去离子水/无水乙醇及其高速离心清洗处理,最终产物分散到环己烷中即可得到相应的金属量子点溶液;
(5)称取Ig聚酰胺酸溶于99g二甲基甲酰胺中,磁力搅拌I小时,随后在600W功率下超声分散0.5小时,形成聚酰胺酸溶液,并与事先制备的金属量子点环己烷溶液按照1:1体积比混合、浸泡、高速离心,并将表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金属量子点采用阶梯热处理实现聚酰亚胺化,即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔离壳层。可通过浸泡、高速离心分离和热处理聚酰亚胺化工艺多次循环控制金属量子点表面的聚酰亚胺壳层厚度,形成金属/有机壳核量子点,并将金属/有机壳核量子点分散到环己烷中即可得到金属/有机壳核量子点溶液;
(6)取IcmXIcm大小、氧化层厚度为30nm的娃/ 二氧化娃衬底,图1为娃/ 二氧化娃衬底结构示意图,其中I为衬底硅,2为硅表面二氧化硅膜。将该硅/ 二氧化硅衬底在浓硫酸/少量双氧水溶液中高温清洗30min,再用去离子水清洗2次,并采用100rpm转速、60s旋涂时间将事先制备金属/有机壳核量子点溶液与CdSe量子点溶液按照1:1体积比混合,并旋涂到清洗后的硅/ 二氧化硅衬底上,在硅/ 二氧化硅衬底表面形成一层金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层,制备得到金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层覆盖的硅/二氧化硅衬底样片;图2为涂覆了金属/有机壳核量子点和量子点复合膜层后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图,其中I为衬底硅,2为硅表面二氧化硅膜,3为涂覆的金属/有机壳核量子点,4为半导体CMSe量子点。
[0023](7)在制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底样片上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极,分别作为光控量子点薄膜晶体管的源极和漏极;其中源极和漏极面积为200 μ mX 300 μ m,源极与漏极间距为10 μπι;图3为涂覆了金属/有机壳核量子点和半导体量子点复合膜层并镀电极后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图,其中I为衬底硅,2为硅表面二氧化硅膜,3为涂覆的金属/有机壳核量子点,4为半导体CMSe量子点,5为源极电极,6为漏极电极。
[0024](8)采用100rpm转速、60s旋涂时间将聚酰胺酸溶液旋涂到已经制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层和镀电极后的硅/二氧化硅样片上,并经过相应的热处理聚酰亚胺化,即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔封装保护层;图4为封装后的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管结构示意图,其中I为衬底硅,2为硅表面的二氧化硅膜,3为涂覆的金属/有机壳核量子点,4为半导体CdSe量子点,5为源极电极,6为漏极电极,7为有机绝缘封装层;图5为基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的工作原理示意图。其中I为衬底硅,2为硅表面二氧化硅膜,3为涂覆的金属/有机壳核量子点,4为半导体CdSe量子点,5为源极电极,6为漏极电极,7为有机绝缘封装层,8为辐照光方向,9为受增强光调控半导体CdSe量子点。
[0025]实施例二。
[0026](I)分别称取0.0812g氧化镉粉末,0.336g 1-十四基磷酸和1.5g三正丁基氧化膦置入一 50ml三颈烧瓶中,先氩气排空80min,随后氩气保护下加热至300°C至溶质完全溶解形成透明溶液,即为镉前驱体溶液;随后将镉前驱体溶液反应器混合后并在120°C真空条件下处理2小时,再将反应器温度调整至300°C ;
(2)分别称取0.084g砸粉、3.0g三丁基膦置入另一 50ml三颈烧瓶中,随后氩气保护下加热至160°C至溶质完全溶解形成透明溶液,即可得砸前驱体溶液;
(3)将砸前体溶液迅速注入到镉前体溶液中,随后将混合溶液温度降至250°C,并在此温度下保温12min ;然后去掉热源,并冷却降温至120°C时,向混合液中注入甲醇溶液,得到相应的纳米晶沉淀,并经过
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