Способ улучшения фотостабильности полупроводниковых квантовых точек типа ядро-оболочка с оболочкой из органических, металлоорганических или кремнийорганических соединений


 

H01L27/32 - Приборы, состоящие из нескольких полупроводниковых или прочих компонентов на твердом теле, сформированных на одной общей подложке или внутри нее (способы и аппаратура, предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей, H01L 21/70,H01L 31/00-H01L 49/00; конструктивные элементы и особенности таких приборов H01L 23/00, H01L 29/00-H01L 49/00; блоки, состоящие из нескольких отдельных приборов на твердом теле, H01L 25/00; блоки, состоящие из нескольких электрических приборов, вообще H05K)

Владельцы патента RU 2505886:

Кузнецов Сергей Александрович (RU)
Харитонов Александр Павлович (RU)
Чудаков Дмитрий Сергеевич (RU)

Изобретение относится к способу улучшения фотостабильности полупроводниковых квантовых точек типа ядро-оболочка, в которых внутреннее полупроводниковое ядро покрыто оболочкой из органических, металлоорганических или кремнийорганических соединений. Данное изобретние может найти применение в производстве различных люминесцентных материалов, светодиодов дисплеев (компьютерных мониторов и телевизоров по технологии QDLED), источников белого света, фоточувствительных и фотогальванических устройств. Для улучшения фотостабильности квантовых точек типа ядро-оболочка предлагается использовать метод прямого фторирования, т.е. обработку квантовых точек смесями фтора с газами-разбавителями - азотом, кислородом, воздухом, гелием, аргоном, ксеноном, двуокисью углерода и т.д. Прямое фторирование квантовых точек существенно улучшает их фотостабильность. 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способу улучшения фотостабильности полупроводниковых квантовых точек типа ядро-оболочка, в которых внутреннее полупроводниковое ядро покрыто оболочкой из органических, металлоорганических или кремнийорганических соединений.

Данное изобретение может найти применение в производстве различных люминесцентных материалов, светодиодов дисплеев (компьютерных мониторов и телевизоров по технологии QDLED), источников белого света, фоточувствительных и фотогальванических устройств [A.M. Smith, Н. Duan, M.N. Rhyner, G. Ruan, S.A. Nie. A systematic examination of surface coatings on the optical and chemical properties of semiconducting quantum dots // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2006. - V.8. - P.3895-3903].

Одним из недостатков полупроводниковых квантовых точек типа ядро является их невысокая фотостабильность. При воздействии на них УФ света на воздухе происходит существенное и довольно быстрое падение интенсивности флуоресценции. Этот эффект может быть связан с диффузией кислорода воздуха к внутреннему полупроводниковому ядру и ускоренному под воздействием УФ света окислению поверхности этого ядра. Для повышения фотостабильности внутренне ядро квантовой точки покрывается оболочкой из органических, кремнийорганических и металлоорганических соединений, которые препятствуют диффузии кислорода к внутреннему ядру. [Р.В. Новичков, М.С. Вакштейн, Е.Л. Нодова, А.О. Маняшин, И.И. Тараскина. Патент RU 2381304; К. Susutu et al, Enhancing the stability and biological functionalities of quantum dots via compact multifunctional ligands // J. Amer. Chem. Soc - 2007. - V.129. - P.13987-13996; M.H. Stewart et al, Multidentate polyethylene glycol) ligands provide colloidal stability to semiconductor and metallic nanocrystals in extreme conditions//J. Amer. Chem. Soc. - 2010. - V.132. - P.9804-9813]. Тем не менее в том случае, когда квантовые точки используются для производства светодиодных дисплеев (компьютерных мониторов и телевизоров по технологии QDLED), одним из главных недостатков QDLED дисплеев является их низкий жизненный цикл - всего лишь около 10 тыс.часов, в то время как для успешного коммерческого внедрения срок службы QDLED дисплеев должен достигать не менее 40 тысяч часов [; -oleds-lcds.html; ; ; ]. Низкий жизненный цикл (или фотостабильность) при воздействии УФ света может быть объяснен рядом факторов: низкими барьерными свойствами оболочки ядра по отношению к кислороду воздуха, что приводит к окислению ядра, окислением оболочки под воздействием УФ света с потерей защитных свойств оболочки.

Для улучшения фотостабильности квантовых точек типа ядро-оболочка предлагается использовать метод прямого фторирования, т.е. обработку квантовых точек смесями фтора с газами-разбавителями (азотом, кислородом, воздухом, гелием, аргоном, ксеноном, двуокисью углерода и т.д.). Ранее соискателем были проведены систематические исследования влияния параметров проведения процесса прямого фторирования на физико-химические свойства полимеров, где было показано, что прямое фторирование существенно улучшает барьерные свойства полимеров, в результате чего уменьшается газопроницаемость полимеров (в частности, значительно падает проницаемость кислорода) и проницаемость жидкостей через обработанные фтором полимеры [А.P. Kharitonov. Direct fluorination of polymers. Nova Science Publishers Inc. N.Y., 2008; A.P. Kharitonov. Direct Fluorination of Polystyrene. In: Polystyrene: Properties, Performance and Applications. Editor: James E. Gray. Nova Science Publ. Inc., N.Y., 2011. P.95-118; 1. R. Taege, G. Ferrier, A.P. Kharitonov. Eur. Pat. EP 1865017; R. Taege, A.P. Kharitonov, G. Ferrier. Eur. Pat. ЕР1609815]. При фторировании оболочка ядра квантовой точки превращается в частично фторированное соединение, т.к. атомы водорода замещаются на атомы фтора большего размера. По аналогии с фторированием полимеров возможно образование сшивок. Таким образом, фторированное покрытие обладает большими, по сравнению с исходной оболочкой, баерными свойствами и в большей степени будет экранировать ядро от совместного воздействия кислорода и УФ света. Кроме того, для ряда полимеров (полиимид, поливинилтриметилсилан) было установлено, что фторирование этих полимеров приводит к сдвигу спектра поглощения в УФ область и некоторому экранированию ядра квантовой точки от УФ света.

В доступной литературе не обнаружено работ по улучшению фотостабильности квантовых точек типа ядро-оболочка методом прямого фторирования. Обычно для улучшения фотостабильности проводится покрытие внутреннего ядра оболочкой из органических, кремнийорганических и металлоорганических соединений, которые препятствуют диффузии кислорода к внутреннему ядру [A.M. Smith, Н. Duan, M.N. Rhyner, G. Ruan, S.A. Nie. A systematic examination of surface coatings on the optical and chemical properties of semiconducting quantum dots // Phys. Chem. Chem. Phys.. - 2006. - V.8. - Р.3895-3903]. Например, производится покрытие полупроводникового ядра квантовой точки защитной кремнийогранической оболочкой, повышающей фотостабильность квантовых точек [Р.В. Новичков, М.С. Вакштейн, Е.Л. Нодова, А.О. Маняшин, И.И. Тараскина. Патент RU 2381304]. Полученные таким способом квантовые точки растворяются как в полярных, так и в неполярных растворителях. Этот патент был выбран в качестве прототипа.

Задачей данного изобретения является разработка способа, позволяющего улучшить фотостабильность квантовых точек. Поставленная задача решается тем, что квантовые точки типа ядро-оболочка в сухом виде обрабатываются фторсодержащей смесью. Содержание фтора варьируется от 0.1 до 99 объемных %, в качестве газов разбавителей используются азот, кислород, воздух, гелий, неон, ксенон, криптон, двуокись углерода. Полное давление смеси может варьироваться от 0.01 до 2 бар. Фторирование протекает спонтанно при комнатной температуре с приемлемыми для практических приложений скоростями, однако возможно проведение процесса при температуре от -196 С (жидкий азот) до +100 С. Время фторирования варьируется от 5 секунд до 10 минут.В качестве квантовых точек были выбраны точки состава CdSe/CdS/ZnS, покрытые модифицированным акриловым полимером (производство ООО «НТИЦ «Нанотех-Дубна»», г.Дубна, Московская область, Россия). Как до фторирования, так и после фторирования квантовые точки растворялись в воде.

Фотостабильность определялась при облучении водного раствора квантовых точек УФ светом длиной волны 312 нм мощностью 40 вт (лампа производства фирмы Vilber Lourmat) в течение 3-х часов с последующим измерением интенсивности флуоресценции.

Примеры.

Пример 1 (сравнительный). Водный раствор квантовых точек в стеклянной ампуле (1 мг квантовых точек в 1 мл дистиллированной воды) помещается в термостат и высушивается при температуре 50°С до полного удаления влаги. Затем точки растворяются в 1 мл воды, переливаются в кварцевую кювету и облучаются УФ светом. Интенсивность флуоресценции периодически измеряется. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает более чем в 14 раз (на 93%).

Пример 2. Водный раствор квантовых точек в стеклянной ампуле помещается в термостат и высушивается при температуре 50°С до полного удаления влаги. Затем ампула с сухими квантовыми точками помещается в металлический реактор и вакуумируются до давления остаточных газов не хуже 0.1 мбар. Затем в реактор напускается смесь фтора с азотом состава 0.5% F2+99.5% N2. Обработка длится 5 секунд при комнатной температуре, после чего реактор вакуумируется. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 30%.

Пример 3. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 3% F2+97% N2 в течение 15 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 8%.

Пример 4. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 30% F2+70% N2 в течение 30 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 35%.

Пример 5. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 3% F2+97% N2 в течение 60 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 12%.

Пример 6. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 3% F2+97% N2 в течение 300 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 29%.

Пример 7. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 0.5% F2+99.5% N2 в течение 300 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 27%.

Пример 8. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 30% F2+70% N2 в течение 15 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 72%.

Пример 9. Обработка точек проводится как в примере 2, за исключением того, что фторирование проводилось смесью 0.5% F2+99.5% N2 в течение 30 секунд. В ампулу со фторированными квантовыми точками добавляется 1 мл дистиллированной воды, раствор переливается в кварцевую кювету и облучается УФ светом. Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на 16%.

Из приведенных примеров видно, что прямое фторирование квантовых точек существенно улучшает их фотостабильность: Через 3 часа облучения УФ светом интенсивность флуоресценции падает на величину от 8 до 72%, в то время как для исходных квантовых точек падение составляло 93%.

1. Способ улучшения фотостабильности полупроводниковых квантовых точек типа ядро-оболочка с оболочкой из органических, металлоорганических или кремнийорганических соединений, отличающийся тем, что квантовые точки в сухом виде подвергаются воздействию газовых смесей, одним из компонентов которых является газообразный фтор F2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание фтора во фторирующей смеси варьируется от 0,1 до 99 об.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что компонентами фторирующей газовой смеси являются, кроме фтора, газы-разбавители: азот, кислород, воздух, гелий, аргон, ксенон, неон, двуокись углерода или их смеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление фторирующей смеси варьируется от 0,01 до 2 бар.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что время обработки квантовых точек фторирующей смесью варьируется от 5 с до 10 мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что фторирование проводится в диапазоне температур от -196°С до +100°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к органическим электролюминесцентным устройствам отображения и подложкам с активной матрицей. Изобретение позволяет устранить снижение скорости отклика управляемого током светоизлучающего элемента.

Настоящее изобретение относится к электронному прибору, включающему в себя смещенный пиксельный электрод. Такая конфигурация обеспечивает улучшенные рабочие характеристики прибора, такие как большая диффузионная емкость.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции мощных гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона длин волн. Технический результат - улучшение тепловых и электрических характеристик.

Изобретение относится к способу монтажа микроэлектронных компонентов, в частности способу монтажа микроэлектронных компонентов для одномоментного монтажа на основной плате множества микроэлектронных компонентов, обладающих разной высотой.

Изобретение относится к гибридным интегральным схемам СВЧ и предназначено для радиоэлектронных устройств различного назначения, в том числе радиолокационных станции с фазированными антенными решетками (ФАР).

Изобретение относится к органическому соединению, представленному общей формулой (1). .

Изобретение относится к электронной технике, а именно интегральным схемам СВЧ, и может быть широко использовано в электронной технике СВЧ, в частности в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками (ФАР).

Изобретение относится к соединению хризена, представленному общей формулой [1]: где каждый из R1-R 9 представляет собой атом водорода, и Ar1, Ar 2 и Ar3 каждый независимо выбирают из группы, представленной общими формулами [2]: где Х1-Х26 каждый независимо выбирают из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, фенильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, нафтильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, фенантрильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, и флуоренильной группы, которая может быть замещена алкильной группой, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода, при условии, что один из X1-X8, один из X9-X16 и один из Х17-Х26 каждый представляет хризеновое кольцо, представленное общей формулой [1]; и Y 1 и Y2 каждый независимо выбирают из алкильной группы, состоящей только из углерода и водорода, содержащей 1-4 атома углерода.

Изобретение относится к измерительной технике. В способе изготовления датчика вакуума с наноструктурой получают гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор, после чего ее закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к технологическому процессу получения полипропилена или сополимера пропилена, например, по способу стереоспецифической полимеризации. Описан способ получения «нанополипропилена» - нанокомпозитов полипропилена и сополимеров пропилена.
Изобретение относится к полимерным композициям и может быть использовано для изготовления полимерных труб, предназначенных для транспортировки воды, газа, нефтепродуктов и т.д.
Изобретение относится к способу получения наноцеллюлозы, в частности нанофибриллярных целлюлозных волокон из растительного сырья различного происхождения, и может быть использовано в непищевых отраслях промышленности.

Способ изготовления относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов и может использоваться для производства светодиодов. Сущность способа заключается в том, что на световыводящей поверхности GaN-n или GaN-p типов осаждается просветляющее оптическое покрытие SiO2 и в нем формируется микрорельеф в виде наноострий с плотностью 107-108 шт/см2.

Использование: в области микро- и наноэлектроники. Сущность изобретения: способ изготовления полевого нанотранзистора с контактами Шоттки на истоке/стоке и с управляющим электродом нанометровой длины включает выделение на полупроводниковой подложке активной области прибора, нанесение на поверхность полупроводниковой подложки контактного слоя истока/стока, состоящего из двух слоев - первого (нижнего), более тонкого, чем второй, стойкого к плазмохимическому травлению (ПХТ), в котором создаются заостренные края контактов Шоттки истока/стока и второго (верхнего), травящегося ПХТ, для увеличения общей толщины контактного слоя, обеспечивающего малое сопротивление контактов истока/стока, затем осаждаются слои вспомогательного слоя, состоящего из слоя диэлектрика и слоя металла, в котором методами литографии, самоформирования, плазмохимического травления формируется нанометровая щель, через которую производится плазмохимическое травление материала второго (верхнего) слоя контактного слоя истока/стока, а для дальнейшего уменьшения длины управляющего электрода и изоляции его от контактов истока/стока в сформированную нанометровую щель осаждается диэлектрик с низким значением диэлектрической проницаемости, плазмохимическим травлением на боковых стенках щели формируются диэлектрические спейсеры и изотропным химическим травлением удаляется металл первого (нижнего) слоя контактного слоя на дне щели, с последующим осаждением в эту углубленную щель подзатворного диэлектрика с высоким значением диэлектрической проницаемости и материала управляющего электрода, и проводится формирование затвора, при этом одновременно с управляющим электродом формируется контактная площадка управляющего электрода, а после удаления вспомогательного слоя с незащищенных участков формируются контактные площадки для истока/стока.

Изобретение относится к устройствам вакуумной электроники, в частности к источникам для получения электронного потока - автоэмиттерам (холодным эмиттерам) электронов, материалам и способам их изготовления.

Изобретение может быть использовано при глубокой переработке пыли, уловленной из отходящих газов электротермического производства кремния. Репульпируют водой при соотношении жидкого к твердому (15-20):1 техногенный отход в виде пыли, содержащей углеродные наночастицы, обрабатывают водным раствором фтористоводородной кислоты с концентрацией 15-32%, нейтрализуют аммиаком до pH 6,5-8,5.

Изобретение относится к созданию структур на основе полупроводниковых нанокристаллов и органических молекул, которые могут быть использованы в качестве микрофлюидных элементов в оптоэлектронных устройствах.

Изобретение относится к области фармацевтики и медицины и касается антигипоксанта, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения. Продукт обладает низкой токсичностью и высокой эффективностью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 табл., 3 пр.
Наверх