[发明专利]一种离子型量子点的提纯方法和量子点薄膜制备方法

说明书

本申请提供一种离子型量子点的提纯方法和量子点薄膜制备方法，采用长链型量子点溶液和配体前驱体溶液制备含有配体前驱体杂质的第一离子型量子点粉末；向承载有所述第一离子型量子点粉末的容器中加入提纯剂；摇晃或震荡容器，以使提纯剂与配体前驱体杂质充分作用；丢弃已作用的提纯剂，向容器再次加入提纯剂，直至加入提纯剂后溶液不变色；对提纯后的第一离子型量子点粉末进行真空干燥处理，得到不包含配体前驱体杂质的第二离子型量子点粉末。本申请的提纯方法可以有效地去除残留的配体前驱体，减小量子点的间距，增加量子点薄膜的迁移率，提升量子点光电转换器件的光响应性能；此外，经提纯后的量子点薄膜质量、致密度、均匀性均有明显提高。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体为一种离子型量子点的提纯方法和量子点薄膜制备方法。

背景技术

光电探测器是将光信号转化为电信号的器件，在图像传感、光通信、生物医疗等众多领域都占据了至关重要的地位。光电探测器的性能指标包括比探测率、响应度、暗电流、响应速率等等，这里的响应度是评判器件质量的重要品质因数之一。响应度的物理定义为探测器电输出信号基本量的方均根值与输入光功率基本量的方均根值之比，描述了探测器的光电转换能力，响应度高的器件能将等量的入射光转化为更强的光信号，即光电转换效率更高，有效探测范围更广，尤其在弱光探测等领域有更大的应用价值。

制备核心层的材料是光电探测器件的关键。通过溶液法制备的离子型胶体量子点材料作为能带工程的产物之一，因其探测波段可调、成本低廉、可大面积制造、基底兼容性高、集成工艺简单等优势，有望在各个波段尤其是红外波段取代昂贵的、高真空的、高温的设备制造材料，拓宽光电探测市场，实现高端技术民用化。

量子点是能带理论中将电子从三个维度限制在势阱内导致能量量子化的半导体纳米材料。由于量子限域效应，量子点的能带可随尺寸自由调节，相比体材料应用波段更灵活。由溶液法制备的胶体量子点具有上文所述的优点，在众多量子点制备方法中脱颖而出。然而，刚从有机相合成好的量子点表面与长链有机配体结合，这种长链型量子点虽然在储存、运输以及发光显示应用中展现长处，但由于表面空间位阻效应，电荷在量子点之间的传输能力接近为零，想要应用于光电探测这一类获取电信号的领域需要大幅缩短量子点间距，离子型量子点是完美的解决方案。离子型量子点通过对长链型量子点进行表面改性工艺，将长链配体由离子配体所取代，使量子点间距从多碳链的长度缩减为原子尺寸，极大地改善了电荷的跃迁输运。

离子型量子点的表面改性工艺通常在液相中进行，主要原理为将溶解在不同溶剂相中的配体前驱体和长链型量子点均匀混合，使量子点表面的长链脱落后与离子结合并发生相转移，从而完成改性工艺。改性后的量子点与配体前驱体处在相同的溶剂环境下，通过离心可以将量子点沉淀下来与溶剂分离，得到离子型量子点。然而，离心后的量子点沉淀虽然通过物理方法与大部分溶剂分离，但部分含有配体前驱体的溶剂仍会不可避免地残留在沉淀中，即使经历了真空干燥过程，配体前驱体仍无法去除，并以杂质的形式存在于离子型量子点粉末中。配体前驱体多为禁带宽度大于量子点的材料，在量子点核心层中不仅会增加量子点的间距，还会以势垒的形式阻碍电荷传输，导致量子点光电探测器的响应度下降。

鉴于此，克服该现有技术产品所存在的不足是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种离子型量子点的提纯方法和量子点薄膜制备方法，可以有效地去除残留的配体前驱体，提高离子型量子点在核心层中的含量，减小量子点的间距。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种离子型量子点的提纯方法，包括：

采用长链型量子点溶液和配体前驱体溶液制备第一离子型量子点粉末，其中，所述第一离子型量子点粉末中含有配体前驱体杂质；

向承载有所述第一离子型量子点粉末的容器中加入提纯剂；

摇晃或震荡容器，以使提纯剂与配体前驱体杂质充分作用；