反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法及其应用与流程

本发明属于材料制备，具体涉及一种反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法及其应用。

背景技术：

1、作为一种低维半导体材料，由于三维量子限域效应，量子点呈现分离的量子化能谱。通过控制形状、结构和尺寸，能够实现连续可调的发光峰位，并且具有峰宽较窄、可溶液法制备等特点。基于其研发的量子点发光二极管(qled)是一种优异的新型显示技术。

2、作为实现量子点显示(qled display)的必要条件，量子点的像素化技术备受关注。目前常用的像素化技术主要包括纳米压印、喷墨打印、转印，光刻或电泳沉积等，但这些方案都存在部分技术问题或瓶颈，其中喷墨打印技术难以获得高分辨率qled器件，转印技术难以实现规模化生产，而传统的光刻工艺需要使用光刻胶完成所设计的图案(如图1)，制备全彩显示设备时工序复杂，且易对量子点发光层产生影响，具体的，量子点全彩显示时需要进行多次套刻，此外光刻胶易对量子点产生影响，造成器件性能下降。

3、相较而言，量子点直接光刻技术能够较好的实现量子点的像素化(如图2)，其实现方案主要采用光致生酸剂，光敏交联剂或光敏表面配体，通过改变表面极性或烷烃链插入反应获得交联结构实现所设计图案。对添加剂在量子点溶液中的溶解度有一定要求，反应过程中引入表面缺陷或产生气体降低膜层致密性，并且对曝光波长和剂量具有一定的需求和限制。具体的，基于光致生酸剂的量子点直接光刻方案，在紫外作用下，因量子点表面配体，会导致发光层性能都有较大下降，尤其是器件的寿命远达不到预期；基于含叠氮(-n3)或双吖丙啶(-cn2-)基团的添加剂通常价格昂贵制备繁琐，且反应时会释放n2分子，可能引起像素点质量下降；而现有的量子点交联方案中自由基插入烷烃的位置难以精确控制。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法及其应用，以克服现有技术中存在的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

3、本发明提供了一种反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，包括：

4、提供成膜液，所述成膜液包括第一溶剂、量子点、结合于量子点表面的第一表面配体以及含两个以上叠氮基团的小分子化合物，其中所述第一表面配体为包含不饱和碳键及锚定基团的碳链；

5、将所述成膜液制成薄膜，之后依次进行紫外曝光、显影处理，获得预设的图案结构。

6、进一步地，所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，具体包括：

7、提供量子点原液，所述量子点原液包括量子点、结合于量子点表面的第二表面配体和第二溶剂，所述第二表面配体与第一表面配体不同；

8、将所述量子点原液与第一表面配体均匀混合，使第一表面配体与第二表面配体的摩尔比在1∶1以上，并使第一表面配体与第二表面配体进行配体交换，获得表面结合有第一表面配体的量子点；

9、将所述表面结合有第一表面配体的量子点均匀分散于第一溶剂，获得量子点溶液；

10、将所述量子点溶液与含两个以上叠氮基团的小分子化合物均匀混合，获得所述成膜液。

11、更进一步地，所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，具体包括：

12、将所述量子点原液与第一表面配体均匀混合并持续搅拌，以使第一表面配体与第二表面配体进行配体交换，之后采用反溶剂法除去混合液中多余的第一表面配体和第二表面配体，从而获得所述表面结合有第一表面配体的量子点；

13、优选的，所述第一表面配体与第二表面配体的摩尔比为1～50∶1。

14、进一步地，所述含两个以上叠氮基团的小分子化合物与所述量子点的质量比为0.1wt％-5wt％：1，优选为0.5wt％-2wt％：1。

15、进一步地，所述紫外曝光采用的紫外光的波长为193-436nm，优选为254nm或365nm，曝光剂量为5-100mj·cm-2。

16、进一步地，采用第一溶剂进行所述显影处理。

17、进一步地，所述光诱导量子点光刻图案化方法是在空气中进行的。

18、本发明基于炔基与叠氮的光触发点击化学是一种高效、高选择性的环加成反应，对水氧不敏感，机理示意图见图3和图4，其主要机理为，炔基与叠氮在紫外光作用下发生叠氮-炔环加成(azide-alkyne cycloaddition)的反应，得到1，2，3-三氮唑，其对应的化学反应式如图5。

19、本发明还提供了前述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法于制备电致发光的像素化qled器件中的应用。

20、本发明还提供了一种用于光触发量子点直接光刻技术的组合物，包括第一溶剂、量子点、结合于所述量子点表面的第一表面配体以及含两个以上叠氮基团的小分子化合物；其中，所述第一表面配体为包含不饱和碳键及锚定基团的碳链。

21、优选的，所述第一表面配体为包含炔基或端烯基及锚定基团的碳链，且所述锚定基团包括-cooh，-nh2，-sh，-phx，-so3h，-po3h2中的一种或多种，其中，x的取值为１-2。

22、更优选的，所述第一表面配体包括5-己炔酸，10-十一碳炔酸，17-十八碳炔酸，十三碳炔酸，9-十八炔酸中的一种或多种。

23、优选的，所述含两个以上叠氮基团的小分子化合物包括2,6-双(4-叠氮苯亚甲基)-4-甲基环己酮，4，4′-二叠氮甲基联苯，2,2-双((4-叠氮-2,3,5-三氟-6-异丙基苯甲酰)氧)甲基)丙烷-1，3-二基双(4-叠氮-2,3,5-三氟-6-异丙基苯甲酸酯)中的一种或多种。

24、优选的，所述量子点包括镉基量子点、inp甲基量子点或钙钛矿量子点中的一种或多种，其中，所述镉基量子点包括cdse，cds，cdznse中的一种或多种，所述钙钛矿量子点包括cspbbr3，cspbi3，fapbbr3，fapbi3中的一种或多种。

25、优选的，所述第一溶剂包括甲苯或正辛烷。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、本发明采用含有炔基/端烯基的分子(如5-己炔酸，10-十一碳炔酸，17-十八碳炔酸，十三碳炔酸，9-十八炔酸等)作为量子点表面配体，并采用包含两个或两个以上叠氮基团的分子(如4，4-双叠氮联苯，2,6-双(4-叠氮苯亚甲基)-4-甲基环己酮等)作为连接材料，在一定波长曝光实现量子点的直接光刻成形，反应位点明确，能够在低剂量曝光条件下实现量子点材料的直接光刻成形，适应波段较宽，便于获得高分辨率量子点像素阵列，并较好的保留了量子点的光学性能。

技术特征：

1.一种反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于，具体包括：

3.根据权利要求2所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于，具体包括：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于：所述锚定基团包括-cooh，-nh2，-sh，-phx，-so3h，-po3h2中的一种或多种，其中，x的取值为1-2；和/或，所述不饱和碳键包括炔基或端烯基。

5.根据权利要求4所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于：所述第一表面配体包括5-己炔酸，10-十一碳炔酸，17-十八碳炔酸，十三碳炔酸，9-十八炔酸中的一种或多种；

6.根据权利要求1-3中任一项所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于：所述含两个以上叠氮基团的小分子化合物与所述量子点的质量比为0.1wt％-5wt％：1，优选为0.5wt％-2wt％：1；

7.根据权利要求1-3中任一项所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于：所述紫外曝光采用的紫外光的波长为193-436nm，优选为254nm或365nm,曝光剂量为5-100mj·cm-2；

8.根据权利要求1-3中任一项所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法，其特征在于：所述量子点包括镉基量子点、inp甲基量子点或钙钛矿量子点中的一种或多种，其中，所述镉基量子点包括cdse，cds，cdznse中的一种或多种，所述钙钛矿量子点包括cspbbr3，cspbi3，fapbbr3，fapbi3中的一种或多种。

9.权利要求1-8中任一项所述的反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法于制备电致发光的像素化qled器件中的应用。

10.一种用于光触发量子点直接光刻技术的组合物，其特征在于，包括第一溶剂、量子点、结合于所述量子点表面的第一表面配体以及含两个以上叠氮基团的小分子化合物；其中，所述第一表面配体具有包含不饱和碳键及锚定基团的碳链；

技术总结
本发明揭示了一种反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法及其应用。所述反应位点可控的光诱导量子点光刻图案化方法包括：提供成膜液，所述成膜液包括第一溶剂、量子点、结合于量子点表面的第一表面配体以及含两个以上叠氮基团的小分子化合物，其中所述第一表面配体具有包含不饱和碳键及锚定基团的碳链；将所述成膜液制成薄膜，之后依次进行紫外曝光、显影处理，获得预设的图案结构。本发明反应位点明晰，能够在低剂量曝光条件下实现量子点材料的直接光刻成形，无其他分子或副产物产生，且适用的紫外波段较广。

技术研发人员：樊军鹏,聂泉,徐锐,章婷,钱磊
受保护的技术使用者：宁波杭州湾新材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15