[发明专利]纳米粒子

说明书

技术领域

本发明涉及半导体纳米粒子，例如具有纳米尺寸的纳米晶体，并且具体涉及氮化物材料体系中的这种材料。这种材料可以被用于许多应用中，所述应用包括：磷光体转换LED，发射EL显示器，太阳能电池和生物成像。

背景技术

其尺寸可以与体激子的直径相比的半导体纳米晶体显示出量子限制效应。这在光学光谱中可以最清楚地看出，所述光学光谱在晶体的尺寸减小时向蓝光波长移动。

已经研究过由许多材料制成的半导体纳米晶体，包括多种第II-VI族和第III-V族半导体。除球形纳米晶体之外，棒形，箭头型，泪珠形和四角锥形纳米晶体[Alivisatos等，J.Am.Chem.Soc，2000，122，12700；WO03054953]以及核-壳结构体[Bawendi，J.Phys.Chem.B，1997，101，9463；Li和Reiss，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，11588]也已经被制备出来。为控制这种纳米晶体的尺寸和形状，通常在一种或多种封端剂(capping agent)(有时称作表面活性剂或配位溶剂)的存在下进行它们的合成。这种封端剂控制纳米晶体的生长并且也通过(though)表面态的钝化增加发光的强度。已经采用了许多封端剂，包括膦类[Bawendi等，J.Am.Chem.Soc.，1993，115，8706]，氧化膦类[Peng等，J.Am.Chem.Soc.，2002，124，2049]，胺类[Peng等，J.Am.Chem.Soc.，2002，124，2049]，脂肪酸[Battaglia和Peng，Nano Lett.，2002，2，1027；Peng等，J.Am.Chem.Soc.，2002，124，2049]，硫醇[Li和Reiss，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，11588]以及更特殊的封端剂如金属脂肪酸配合物[Nann等，J.Mater.Chem.，2008，18，2653]。

制备半导体纳米晶体的方法包括溶剂热反应[Gillan等，J.Mater.Chem.，2006，38，3774]，热注入(hot injection)方法[Battaglia和Peng，Nano Lett.，2002，2，1027]，简单加热工艺[Van Patten等，Chem.Mater.，2006，18，3915]，连续流动反应[US2006087048]以及微波辅助合成[Strouse等，J.Am.Chem.Soc.，2005，127，15791]。

最引起人兴趣的半导体种类之一是III-氮化物，如AlN、GaN、InN及其各自的合金。这些被用于蓝光发射二极管、激光二极管和电力电子器件的制造。氮化物还是化学惰性的、耐辐射、并且具有大的击穿场、高的导热率和大的高场电子漂移迁移率，使它们对于腐蚀性环境中的大功率应用是理想的[Neumayer等Chem.Mater.，1996，8，25]。氮化铝的带隙(6.2eV)、氮化镓的带隙(3.5eV)和氮化铟的带隙(0.7eV)[Gillan等，J.Mater.Chem.，2006，38，3774]意味着氮化物跨越电磁波谱的紫外、可见和红外区的大部分。这些材料的合金具有该范围内的直接光学带隙的事实使这些材料对于光学器件是非常有意义的。在基于III族氮化物半导体的纳米晶体的情况下，通过合金化和量子限制效应调节带隙展现出制备跨越宽区域电磁波谱的独特纳米晶体磷光体的可能性。然而，至今，制造氮化物纳米晶体的途径仅得到弱发射材料并且对于所制备的纳米晶体的尺寸具有差的控制。

从金属卤化物与叠氮化钠的溶剂热反应制备了纳米晶体氮化铟和氮化铟镓[Gillan等，J.Mater.Chem.，2006，38，3774]。没有给出材料的发射光谱，虽然来自荧光显微镜的一些图像被包括在内。还从碘化铟与氨基钠的溶剂热反应制备了纳米晶体氮化铟[Xie等，New.J.Chem.，2005，29，1610]。在这个工作中制备了氮化铟纳米晶体并且报告了发射光谱但是没有报告关于发射强度诸如光致发光量子产率的指示。其它工作者也尝试了在封端剂的存在下制备氮化物纳米晶体，但是从未报道过在以这些方式制备的氮化物纳米晶体中的强发光。[等，Appl.Phys.Lett.，1999，74，478；Van Patten等，Chem.Mater.，2006，18，3915；Cole-Hamilton等，J.Mater.Chem.，2004，14，3124；Rao等，Small，2005，1，91]。