[发明专利]一种III‑V族量子点诱导生长钙钛矿晶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造和化学合成技术领域，更具体地，涉及一种III-V族量子点诱导生长钙钛矿晶体的方法。

背景技术

异质外延结构的半导体晶体，是电致激光器、太阳能电池、发光二极管等多重器件的基础，在多个领域受到广泛的关注。异质结构的生长使得性能互补的材料形成界面，从而使复合材料拥有特殊的优异性能。并且可以通过选择异质相的电子能带的组合实现对固态器件的控制。而量子点具有量子可调的荧光发射，窄而对称的荧光发射光谱，极好的光学稳定性等优良性能。

目前，已有文献报道了关于PbS量子点钙钛矿单晶的外延生长，PbS量子点可与铅钙钛矿良好的结合，且晶格匹配程度较高，利于量子点与钙钛矿材料的结合。这种复合材料可应用于红外探测领域，拓展了钙钛矿材料的光谱范围提高了量子点的效率。

在III-V族量子点外延生长钙钛矿单晶，不仅可以有效的钝化量子点，还可以通过调节异质相间的能带位置实现窄带探测和发光。同时，钙钛矿具有较高的离子迁移率可以为量子点传输电子，调高量子点的发光效率。

这种可调且性能优异的III-V族量子点-钙钛矿复合材料在LED、激光器、光电探测等方面都有良好的应用前景。但III-V族量子点表面In、As、P等原子不能直接用铅卤无机盐做配体，无法直接在表面外延生长。且使用传统的升温或降温长晶的方法时，较复杂的温度环境易破坏量子点的结构或使其发生团聚失效，且保持较低温度使晶体生长速度缓慢，较难长出质量较好的外延单晶材料。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种III-V族量子点诱导生长钙钛矿晶体的方法，其中通过对其关键III-V族量子点异质外延生长界面配体的种类和结构等进行改进，与现有技术相比能够有效解决III-V族量子点无法与Pb、X卤族元素相键合的问题，并且，本发明利用反溶剂法进行晶体生长，工艺可控，操作简单，能够在常温下即进行量子点外延生长钙钛矿(MAPbX₃)单晶。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种III-V族量子点诱导生长钙钛矿晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将III-V族量子点分散于非极性溶剂中得到量子点溶液，并将无机配体溶解于极性溶剂中得到无机配体分散液，所述非极性溶剂与所述极性溶剂两者互不相溶；接着，将所述量子点溶液与所述无机配体分散液混合搅拌进行配体交换，然后静置使混合物分层，待所述量子点被交换至所述极性溶剂所在层中后，移除所述非极性溶剂所在层，余下的所述极性溶剂所在层即对应第一前驱体溶液；

所述无机配体在所述极性溶剂中的溶解度高于该无机配体在所述非极性溶剂中的溶解度；

(2)将PbX₂与MAX均匀分散于极性溶剂中得到第二前驱体溶液，其中MA为甲胺根阳离子(CH₃NH₃)⁺，X为卤族元素；

(3)将所述步骤(1)得到的所述第一前驱体溶液与所述步骤(2)得到的所述第二前驱体溶液混合后利用反溶剂法生长晶体，从而在所述III-V族量子点上外延诱导生长得到MAPbX₃钙钛矿晶体。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述III-V族量子点为InAs量子点、以及InP量子点中的至少一种；

所述步骤(2)中，所述无机配体包括InX₃、Na₂S和K₂S中的至少一种；其中X为卤族元素，为Cl、Br、以及I中的任意一种。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)得到的所述第一前驱体溶液还经过清洗处理，所述清洗处理是向所述极性溶剂所在层中继续添加所述非极性溶剂，混合搅拌，接着静置使混合物分层，然后移除所述非极性溶剂所在层，余下的所述极性溶剂所在层即为清洗后的第一前驱体溶液；优选的，所述清洗处理为重复多次。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，所述利用反溶剂法生长晶体具体是将所述第一前驱体溶液与所述第二前驱体溶液混合后得到的混合前驱体溶液置于密封容器中，所述密封容器内还含有反溶剂，接着将该密封容器整体在20℃-28℃的温度下静置从而生长晶体；所述反溶剂为二氯甲烷；优选的，所述混合前驱体溶液与所述反溶剂之间通过小孔进行扩散。