[发明专利]用于增强硅基成像器件对紫外响应的量子点光转换膜的制备方法和用途

说明书

技术领域

    本发明涉及一种紫外响应光转换膜及其制备方法和用途，特别是指一种应用于CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）或／CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor,附加金属氧化物半导体组件）等物件表面的紫外响应光转换膜及其制备方法和用途。

背景技术

紫外探测技术是继激光探测技术和红外探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术。当前最先进的光谱仪器大都采用了CCD或CMOS作为探测器件，这是因为CCD、CMOS具有灵敏度强、噪声低、成像质量好等优点。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小，一般低于2nm，在紫外波段响应都很弱。成像器件的这种紫外弱响应限制了其在先进光谱仪器及其他领域紫外波段探测的使用。自CCD 和其它光探测器投入商业生产以来，人们就一直致力于寻找一种能提高探测器紫外响应能力的方法。经检索可以发现，诸如中国专利ZL01129954.1号《刑侦用紫外照相机》、ZL200820152199.X号《一种基于无机材料增强紫外响应的硅基成像器件》、ZL200820152099.7《一种具有紫外响应的硅基成像器件》、ZL200810041913.2号《增强硅基成像器件紫外响应无机薄膜的制备方法》、ZL 200810041823.3号《增强硅基成像器件紫外响应的有机金属薄膜制备方法》等，均在探讨这一问题，也都还存在CCD和CMOS在紫外波段响应很弱，无法提高器件在这些波段成像的灵敏度或是分辨率。

目前，为了提高探测器对紫外线的敏感性，可行的办法由两种：一种是通过改变成像器件内部的硅基结构增大紫外响应；第二种是在成像器件光敏元表面涂一层光转换膜，将无法响应的紫外光转化为可见光，从而达到成像的目的。但现阶段研制的有机光转换膜有其自身难以克服的缺点，如使用寿命短、转化率不高、激发光谱窄且发射光谱宽且不对称、颜色不可调、光学稳定性差等。

发明内容

    为了提高探测器对紫外辐射的敏感性，本发明采取了在硅基成像器件光敏窗口上涂光转换膜的办法，成功地将紫外波段信号源携带的信息转化为CCD及CMOS敏感的响应波段。

根据上述想法本专利设计了一种全新的紫外响应光转换膜，该光转换膜的主要组份为光致转化材料量子点和成膜材料。量子点为纳米级硒化镉（CdSe）晶粒或是具备核壳结构的硒化镉（CdSe）/硫化锌（ZnS） 纳米晶粒；成膜材料是由环氧树脂类、有机硅类、聚丙烯酸酯类、聚氨酯类、EVA和PC等高透明高分子材料中的一种或几种及丙酮、甲苯、乙醇、氯仿、环己烷、甲基丙烯酸酯等溶剂中的一种或多种。所述量子点在成膜材料中的浓度为0.00001%～30％wt；使用CdSe/ZnS核壳结构的量子点，是为了提高荧光材料的发光强度和稳定性。

纳米半导体微晶材料即本文中所称量子点，是半导体材料中非常重要的一类。量子点通常是指颗粒直径在2～8nm之间的纳米半导体晶体，最基本组成材料是第II-VI族或第III-V族元素。因为量子点实现了量子尺寸效应，荧光量子效率可以接近100％；因为量子点的尺寸大小决定了发光波长，可以通过控制合成的量子点的大小，得到不同波长的发光材料，因此从同一材料可以得到不同的颜色。由此，本发明不但有效提高了硅基成像器件紫外响应能力，克服了有机光转换膜的使用寿命短、转化率不高、激发光谱窄且发散光谱宽、发射光谱宽且不对称、颜色不可调、光学稳定性差等缺点，能够有效增强硅基成像器件对紫外光的敏感度，提高硅基成像器件的寿命，提高转化率和光学稳定性。

上述纳米级硒化镉（CdSe）晶核的制备步骤：

步骤一，按物质的量比1:4分别取得原料氧化镉（CdO）、硬脂酸（SA），采用Schlenk技术，脱气、充气数次后加热到150℃，保持25min，使CdO充分溶解至无色，随后降温至50℃；

步骤二，将反应瓶温度降至50℃后，向三口烧瓶中加入等质量的纯度大于90%的三正辛基氧膦（TOPO）和纯度大于90%的十六胺（HDA）。采用Schlenk技术，通过真空系统将水和氧气排干净后，氩气环境下将其加热至320℃。此时，使用注射器快速注入 硒（Se）/三正丁基膦（TBP）储备液，并快速降温至260℃，维持一段时间，最后撤出加热装置，使产物冷却至室温；

步骤三，向降至室温的步骤二获得的液体中加入等体积的化学纯氯仿，再加入3倍体积的化学纯丙酮后，将有固体析出，待固体析出沉淀完毕，以3000 ～5000rpm离心1～10分钟；