[发明专利]一种锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的制备方法

说明书

本发明涉及纳米半导体材料技术领域，主要是一种锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，首先将锰前驱体溶液加热后与硒化镉量子点前驱体溶液混合，制备得到锰扩散掺杂硒化镉量子点；然后将锰扩散掺杂硒化镉量子点与非极性溶剂混合加热后，注入硫前驱体溶液，反应得到锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点溶液，清洗、干燥，得到锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点。本发明操作较为简单，可控性较高，具有较好的复现性，且核壳尺寸与锰掺杂浓度均可调控，利于锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的规模化生产。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别是一种锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的制备方法。

背景技术

半导体纳米晶掺杂的精准控制能够为生产新特性的先进功能材料创造机会，对自旋电子学等具有显著意义。较小尺寸的锰掺杂量子点中，强受限载流子的波函数与磁离子矩的重叠增加，从而增强了它们的耦合。这为未来在室温下探索和控制稀磁半导体量子点的自旋提供了新的可能性。同时，设计量子点结构有助于期望在Mn掺杂核/壳量子点中获得较强的稳定束缚激子磁极化子(激子-Mn²⁺自旋的束缚态)以推动无阈值增益的发展。

扩散掺杂胶体半导体纳米晶体涉及在平衡条件下以热力学方式控制杂质阳离子和宿主阴离子添加到预制种子纳米晶体中，而不是在生长过程中以动力学控制掺杂。这种化学性质允许在不牺牲其他动力学特性(如形状，大小或晶体相)的情况下制备热力学晶体。

然而，现有的科技文献中的制备方法并不能实现合成出较高的掺杂浓度及高质量的较小尺寸锰掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点。Gamelin于2013年使用扩散掺杂的方法制备出～4.7nm的掺杂纳米晶已经成功实施，Beaulac基于Cd_1-xMn_xSe量子点研究了激子磁极化子，其杂质浓度4.5％，直径约为4.3-5.0nm。所述样品的尺寸不够小，反应所需时间极长(～20h)。由于杂质锰离子在较小尺寸(～3nm)硒化镉量子点中的溶解度更低，即存在自净化机制(Self-Purification)，内部的杂质离子更容易被排斥到表面或溶液中成为游离的离子。因此，随尺寸减小，杂质离子的形成能增加，掺杂较小尺寸的量子点更加困难。同时，生长核壳结构量子点的实施例也已经存在，Lorenz在2020年报道的文献展示了基于Cd_1-xMn_xSe/CdS核壳结构量子点中研究了激子磁极化子，所采用的制备方法已经实施了在～5.8nm的硒化镉量子点中掺杂了0.9％的杂质锰离子，并生长了核壳结构，最终尺寸为11.9nm，该方法的样品尺寸较大，形貌均匀性较差，生长核壳结构所用温度为300℃，此温度下已成功掺杂到硒化镉量子点中的锰离子较容易通过阳离子交换的形式从核内部排出。Peng于2003年提出的连续离子层吸附反应法(SILAR)生长的核壳结构，已经成功制备了单分散性且发光性能良好的CdSe/CdS核壳结构量子点，但相对较高的温度(～220-240℃)是使用SILAR方法的前提。Zhou合成制备了CdSe(～3.3nm)，并于250℃下生长了CdS结构，CdSe/CdS核壳的实施例表明3～8层的壳层厚度是获得量子点的理想发光性能的必要条件。后续生长核壳结构的反应温度严重影响锰掺杂硒化镉量子点中的掺杂浓度，存在掺杂浓度较低且量子点尺寸不够小，重现率低，操作复杂等情况，到目前为止，还没有合适的制备锰掺杂小尺寸硒化镉量子点和在较低反应温度下生长核壳结构的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，解决现有锰掺杂小尺寸硒化镉量子点的浓度低，可控性差和掺杂效率低的问题，对锰掺杂量子点进行核壳结构优化设计，节省能耗，降低成本，有利于优化Mn掺杂量子点以用于光电应用。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面提供一种锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，具体技术方案如下：

一种锰扩散掺杂硒化镉/硫化镉核壳结构量子点的制备方法，包括以下步骤：