[发明专利]获得经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜的方法及包括所获得的膜的光电子器件

说明书

本发明涉及一种用于获得经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜的方法，所述方法包括：形成金属硫属化合物量子点固态膜；对金属硫属化合物量子点固态膜的多个金属硫属化合物量子点实施n型掺杂工艺以使其表现出带内吸收，所述工艺包括在多个金属硫属化合物量子点中用卤素原子部分取代硫属元素原子，以及在多个金属硫属化合物量子点上设置一物质以避免金属硫属化合物量子点的氧p型掺杂。本发明还涉及一种光电子器件，所述光电子器件包括：根据所述方法获得的经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜(A)；和与该膜(A)的两个相应的间隔开的区域物理接触的第一电极(E1)和第二电极(E2)。

技术领域

本发明的第一方面涉及一种用于获得经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜的方法，该方法包括使金属硫属化合物量子点表现出带内吸收的具鲁棒性的n型掺杂工艺。

本发明的第二方面涉及一种光电子器件，该光电子器件包括根据本发明的第一方面的方法所获得的经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜。

背景技术

中波红外(MWIR)和长波红外(LWIR)中的光学传感对于包括环境监测、气体传感、危害探测、食品和产品制造检查等在内的众多应用来说都是至关重要的。然而，目前这样的应用是由昂贵且复杂的外延生长的HgCdTe(碲镉汞)、量子阱和量子点红外光电探测器来提供服务的。利用低能带内跃迁的可能性使胶体量子点(CQD)成为对用于红外应用的昂贵低带隙材料的有吸引力的低成本替代。不幸的是，表现出带内吸收的量子点的制造在技术上由于要求受控的重度掺杂而受到限制，迄今为止，受控的重度掺杂的要求已将中波红外胶体量子点(MWIR CQD)探测器和长波红外胶体量子点(LWIR CQD)探测器限制在基于汞的材料上。

利用低能带内跃迁的可能性使胶体量子点成为对目前红外应用所采用的昂贵的低带隙材料的有吸引力的低成本替代[1-3]。为了实现稳态的带内吸收，需要稳定的胶体量子点(CQD)的高掺杂[4]。然而，对掺杂的精确控制是胶体量子点(CQD)技术的一个持续挑战[5]，如果需要长期在空气中保持稳定性，就更是如此。因此，尽管已在不同材料中证明了稳态的带内吸收(参见[4])，但直到最近才证明首批利用带内跃迁的器件(MWIR光电探测器)是使用汞-硫属化合物纳米晶体制成的[6-8]。。

先前关于掺杂PbS量子点(QD)的报告都依赖于异价阳离子或异价阴离子：Ag⁺取代Pb²⁺在PbS[9]和PbSe[10]中引起p型特征，而由Bi³⁺或In³⁺取代Pb²⁺则使PbS[11]和PbSe[12]呈更多n型特征。也有关于PbS的在配体与卤化物交换后的n型掺杂的证据[13]。特别是，有人提出用I^-部分取代S^-2可能有助于形成PbS n型[14，15]。不幸的是，氧是铅-硫属化合物中的一种有效的p型掺杂剂并且使空气中卤化物掺杂的有效性降低，使得仅在低掺杂方案中才证明了PbS量子点固体中的n型掺杂[13，15]。电子从钴茂分子的远距离转移是掺杂n型PbS量子点和PbSe量子点，导致带内吸收的另一种已公开的机制[16]。然而，以上方法均未带来具鲁棒性的永久性掺杂[10，12，16]，因而阻碍了其在器件中的使用。

US9318628B2公开了基于汞-硫属化合物量子点的在中波红外和长波红外中的红外光电探测器。然而，在该专利中，仅考虑了带间激励(即，在带隙之上)。

因此，有必要通过提供一种用于获得经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜的方法以及包括所述经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜的光电子器件——其中固态膜是经重度n型掺杂的，从而提供覆盖现有技术中存在的差距的对于现有技术的状态的替代方案。

发明内容

为此，本发明在第一方面涉及一种用于获得经n型掺杂的金属硫属化合物量子点固态膜的方法，该方法包括：

-形成金属硫属化合物量子点固态膜，以及