[发明专利]表面改性的半导体纳米粒子

说明书

发明背景

本发明涉及具有半导体性质的纳米粒子，通常其可以用于电子和电气应用，特别是那些需要半导体性质的应用。

特征尺寸为几个纳米至几百个纳米的半导体纳米粒子是广泛研究型材料，其中尺寸效应支配疏松材料的性质。通常，根据具体的材料及其应用，三种不同的与尺寸有关的现象可以改变纳米粒子的电子、光学、热和机械性质：

1.与已知的体相相比，不同的结构和组成；

2.更高的表面体积比率，从而引起表面状态和工艺占优势；以及

3.在物体尺寸类似于或小于基本激发的波长和相干长度(电子态、光波长或声子激发)时的量子限制效应。

还应当理解，裸露的未封端硅表面仅仅在超高真空条件下是稳定的。上述问题以及对于纳米技术是需要复杂的合成和处理技术的昂贵的、高技术选择的理解限制了这种技术用于实际的电气和电子器件。

本发明的一个目的在于提供适宜特别是在电气和电子应用中使用的纳米粒子，以及用于这种应用的器件。

发明概述

根据本发明，提供纳米粒子，其包含单一元素或包含多种元素的化合物，所述的元素在第II、III、IV、V和VI族中的一族或多族中，所述的纳米粒子具有半导体性质，在1nm至500nm范围内的尺寸，并且包含0.1至20原子％的取代基，所述的取代基选自包含氧和氢的组中。

在此说明书中的术语″半导体性质″是指电荷载流子，特别是电子和/或空穴到粒子上、离开粒子或通过粒子的输送。电荷的流动可以通过粒子体或被限制到其表面区域，并且可以发生在两个相邻的粒子之间，或在粒子和外部电气连接之间。

优选所述的纳米粒子的尺寸在30nm至200nm范围内。

在一个优选的实施方案中，所述纳米粒子的平均直径可以为60nm。

在另一个优选的实施方案中，所述纳米粒子具有在几十个nm至400nm范围内的相对大的尺寸分布，其中中值最大尺度为200nm。

在再一个优选的实施方案中，所述纳米粒子的平均尺寸可以为约100nm。

所述纳米粒子可以包含本征硅。在一个优选的实施方案中，硅可以是冶金级硅，例如纯度为98％。

备选地，所述的纳米粒子可以包含掺杂硅。

所述的硅可以掺杂有第V或VI族元素如锑或磷，并且具有n-型性质。

备选地，所述的硅可以掺杂有第II或III族元素如硼，并且具有p-型性质。

备选地，所述的纳米粒子可以包含特别是Ge、GaAs、AlGaAs、GaN、InP、SiC和SiGe合金。

包含氧或氢的取代基可以位于每个纳米粒子的表面。

每个纳米粒子的表面可以全部或部分地被氧化物覆盖，所述的纳米粒子包含所述氧化物中的至少一种元素。

所述的氧化物在纳米粒子表面有效地限定钝化层。

所述的氧化物可以是天然氧化物或热或化学合成的氧化物，其可以被改性以允许电荷通过它输送。

例如，所述的氧化物可以被蚀刻，以降低其厚度和/或提高其孔隙率。

备选地，在所述氧化物的合成过程中，在氧化物中可以包含给予所述氧化物半导体性质的物质。

将本发明中这样的表面钝化视为产生稳定粒子结构的化学处理，而不是例如如发光粒子所需要的电钝化。既没有对于电荷输送的绝缘层(已知这是由厚氧化物涂层实现的)，也没有电荷载流子到定域态的饱和(完全)捕获。

每个纳米粒子的表面可以被氧或氢部分或全部封端。备选地，每个纳米粒子的表面可以被羟基(OH)部分或全部封端。

可以的是每个纳米粒子的表面可以被氧、氢和羟基的组合部分或全部封端。

此外，根据本发明，提供一种可印刷组合物，其包含如上定义的纳米粒子和粘合剂。

所述的粘合剂可以是无机粘合剂，其是导电、半导电或绝缘的。

备选地，所述的粘合剂可以是聚合物粘合剂，其是导电、半导电或绝缘的。

此外，备选地，所述的粘合剂是具有与所述纳米粒子材料反应的组分的化学活性粘合剂，以提供其所述的半导体性质。

再有，根据本发明，提供一种复合材料，其包含如上定义的纳米粒子和固体基质，其中所述纳米粒子分散在所述的固体基质中。

所述纳米粒子可以随机地或者以规则的排列分散在所述的基质中。

再有，根据本发明，提供一种复合材料，其包含根据如上定义的纳米粒子，其中所述的纳米粒子形成互连网络或密实体。

本发明提供一种活性半导体层或结构，其结合有如上定义的纳米粒子和如上定义的可印刷组合物或如上定义的复合材料。