[发明专利]粒子半导体材料的掺杂

说明书

发明背景

本发明涉及一种掺杂粒子半导体材料的方法。具体地，本发明涉及半导体纳米粒子的掺杂，但是对于具有宽范围尺寸的粒子掺杂具有普遍适用性。

具有几纳米至高达几百纳米的特性尺寸的半导体纳米粒子是广泛研究的材料类型，其中，尺寸效应对疏松材料的性质起支配作用。通常，取决于具体材料以及它的应用，与尺寸相关的3种不同现象会改变这样的纳米粒子的电子、光学、热和机械性质：

1.与已知的体相相比，结构和组成不同；

2.与体相相比，粒子的表面与体积的比更高，这使得表面态和处理起支配作用；和

3.当目标的尺寸类似于或小于基本激发(电子态、光学波长或声子激发)的波长和相干长度时的量子限域效应。

根据具体情况而定，具体的问题涉及对半导体粒子、半导体层或复合半导体材料的掺杂水平控制。在已知的方法中，已经使用了被粉碎为小粒度的预先掺杂的疏松材料。另一个可能性是，在纳米尺度簇的自下至上合成(bottom-up synthesis)期间，将掺杂剂原子掺入到纳米材料中。在所有的情况下，即使掺杂类型(n或p)通常被维持在纳米尺度上，粒子及其组合物的电特性也与体相原型显著不同，并且难以控制。

本发明的目的是提供一种掺杂粒子半导体材料的备选方法。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种掺杂半导体材料的方法，所述方法包括将一定量的粒子半导体材料与离子盐或离子盐制剂进行混合。

就“掺杂”而言，是指改变半导体材料的载体浓度和/或类型。

该离子盐或离子盐制剂可以包含一种或多种金属卤化物。

备选地，该离子盐或离子盐制剂包含：一种或多种碱金属卤化物、稀土卤化物或过渡金属卤化物；一种或多种碱金属盐；一种或多种稀土盐；一种或多种过渡金属盐；或硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐或类似的阴离子络合物。

该离子盐或离子盐制剂可以包含含有金属阳离子和阴离子基团的化合物。

该方法可以包括：将通过加入相应盐的碱而获得的具有过量阳离子物种的离子盐制剂加入到一定量的粒子半导体材料中。

该阳离子物种可以是碱金属、稀土金属、过渡金属或其它带正电荷的金属离子。

例如，所述盐可以是氯化钠(NaCl)，而碱可以是氢氧化钠(NaOH)。

作为另一个实施例，盐可以是氯化镁(MgCl₂)，而碱可以是氢氧化镁(Mg(OH)₂)。

所述方法可以包括：将通过加入相应盐的酸而获得的具有过量阴离子物种的离子盐制剂加入到一定量的粒子半导体材料中。

在此情形下，该阴离子物种可以是卤素、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐或其它带负电荷的物种或络合物。

例如，盐可以是氯化钠(NaCl)，而酸可以是盐酸(HCl)。

在另一个实施例中，盐可以是氯化镁(MgCl₂)，而酸可以是盐酸(HCl)。

粒子半导体材料可以包含：第IV族元素；二元、三元或四元化合物半导体；氧化物；或硫属元素化物半导体材料。

在一个优选实施方案中，粒子半导体材料包含硅。

粒子半导体材料可以包含本征材料(intrinsic material)，例如本征硅。

备选地，粒子半导体材料可以包含n-型材料，例如冶金级硅。

粒子半导体材料可以具有在1nm至100μm范围内的粒度。

优选地，粒子半导体材料的粒度在10nm至1000nm范围内，最优选在50nm至500nm范围内。

在一个实施方案中，粒子半导体材料包含平均粒度为60nm的标定本征硅纳米粉末。

在另一个实施方案中，粒子半导体材料包含平均粒度为200nm的冶金 级硅纳米粉末。

根据本发明的第二方面，提供了一种可印刷组合物，所述组合物包含根据以上定义的方法掺杂的粒子半导体材料、粘合剂以及溶剂。

可印刷组合物可以包含在与粘合剂和/或溶剂混合之前就已经用离子盐或该盐的制剂掺杂的粒子半导体材料。

备选地，粒子半导体材料可以包含在加入离子盐或该盐的制剂之前就已经与粘合剂和/或溶剂混合的粒子半导体材料。

粘合剂可以是乙酸丁酸纤维素(CAB)，而溶剂可以是氯仿、丙酮或稀释剂。

备选地，粘合剂可以是聚酯或自动聚合酯(单体)，而溶剂可以是醇、丙酮或稀释剂。

在溶剂为醇的情况下，它可以是乙醇。