[发明专利]一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法，该方法是以金属或合金纳米颗粒阵列作为模板，通过光源引发的局部表面等离激元热效应控制量子点前驱体的反应条件，从而控制其制备位点，尺寸和成核密度，该方法主要包括基片表面预处理、表面金属薄膜淀积、金属纳米颗粒阵列制备、保护层淀积、量子点生长和基片后清洗处理六个步骤，实现了使用化学合成方法制备大面积、低成本的量子点阵列。本方法可以与半导体加工工艺相结合，其制备的量子点阵列可应用于量子点激光器，单光子光源，太阳能电池，高效发光二极管，存储器等器件的加工制造中。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法。

背景技术

量子点是一种纳米级别的材料，由于量子尺寸效应的影响，量子点能够展现与本体材料不同的物理性质。半导体量子点一般由II-VI族或者III-V族元素组成，其粒径大小一般在1～10nm之间，由于受电子空穴量子限域效应的影响影响，量子点通常具有分立的能带结构，且发光波长并可通过尺寸进行调控。生长控制精确的量子点阵列，是现今很多高性能光学器件中的研究重点。包括量子点激光器，单光子光源，高效发光二极管，敏化太阳能电池以及平面显示领域在内的各个科研领域内，对量子点阵列的密度，成核位置，尺寸和形状均匀性提出了极高的性能要求。目前，高度均匀有序的量子点阵列制备主要依靠图形化衬底模板和S-K生长模式相结合的方式，利用分子束外延生长或化学气相淀积的外延生长自组装制备。此项技术已被应用于III-V族半导体材料的量子点阵列的制备，但是由于其设备需要超高真空以及光刻工艺，使其制备无法兼顾成本和效果两个因素。

化学合成是一种廉价制备半导体量子点的方法，其工艺流程简单，能够以极低的成本大面积制备量子点，从而弥补外延生长制备成本高的缺陷，是一种最为适合大规模工业化的量子点制备方法。但是在量子点阵列的制备中，化学合成方法对于量子点制备位点和成核位置的控制难度较大，使得化学合成的量子点制备在实际应用中受到了极大的局限，也是量子点阵列大面积、低成本可控合成中具有挑战性又亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于现有技术中对量子点制备位点控制不足的问题，本发明提出了一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法，实现在表面对量子点生长条件的控制，进而对量子点阵列的制备位点和成核位置实现精确控制。本方法适合在半导体，氧化物基片上大规模制备精确控制的量子点阵列。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法。具体技术方案如下：

一种基于光热效应的可控量子点阵列制备方法，包括如下步骤：

步骤一，基片表面预处理：选择确定基片材料，并对所述基片材料进行表面清洁，按照表面清洁的标准工艺对基片表面清洁，并进行等离子清洗预处理，所述基片材料为半导体、氧化物或高分子聚合物材料。

步骤二，表面金属薄膜淀积：使用物理气相淀积法制备金属薄膜，所述金属薄膜的厚度为0.5～200nm，所述金属薄膜成分由Au、Ag、Cu、Al、In、Pt和Pd中的任一种或几种组成，所述物理气相淀积法中的淀积为溅射淀积、脉冲激光淀积和蒸镀淀积的任一种。

步骤三，金属纳米颗粒阵列制备：将所述金属薄膜在真空条件或保护气氛下进行退火处理，使其自组装生长为纳米颗粒阵列，制备金属纳米颗粒阵列，所述金属纳米颗粒阵列可通过光刻方法制备，代替所述退火处理，粒径和表面分布更加均匀。

步骤四，保护层淀积：在所述金属纳米颗粒阵列之上进行淀积或氧化生长保护层，所述保护层为氧化物或氮化物，所述保护层厚度为0.1～100nm，对于某些情况的量子点阵列可以不使用。对于氧化物保护层，当金属为Al、In等易氧化金属的时候，也可进行氧化处理得到。氧化层可根据应用需要，调整为半导体薄膜层，有机物层或不进行淀积。