[发明专利]一种CdSe量子点、及其制备方法和光电导二极管

说明书

本发明提供了一种一种带有离子配体的CdSe量子点颗粒及其光电导二极管，所述带有离子配体的CdSe量子点颗粒的紫外吸收第一激子激发峰的波长位置在400～700nm。本发明使用碳纳米管/石墨烯复合膜和金膜作为不对称电极，在硒化镉量子点的光电导的基础上成功地构建了量子点光电导二极管的单层结构。在该系统中，碳纳米管/氧化石墨烯膜电极具有富孔结构，可以在偏压下捕获自由离子，从而建立不对称的离子和电子电荷浓度梯度，并实现不对称的电荷传输。该光电导二极管的构造方法和整流机理与迄今为止报道的所有光电二极管器件都不相同。通过器件结构和光电导原理的创新，有希望扩大高性能半导体量子点在光电器件的应用。

技术领域

本发明属于半导体量子点光电器件领域，涉及一种CdSe量子点、及其制备方法和光电导二极管，具体地，涉及一种带有可移动离子的有机配体修饰的CdSe量子点光电导二极管、其器件搭建和性能测试。

背景技术

光电探测器指的是一种可以通过光电效应将光信号转换为电信号的新型光电传感器件，在光通信，光谱学，环境监测，化学/生物传感领域中具有必不可少的广泛应用。近年来，In₂Te₃，ZnO和GaN等各种材料以及纳米线和纳米颗粒的多种纳米结构已被用于紫外波段(UV)，可见光和近红外(NIR)领域的光检测。普遍采用光电二极管，光电导体和光电晶体管来提高光电检测性能。光电探测器的制备材料主要是Si、Ge、GaAs、PbS₂、 TeCdHg等半导体材料，其在光照激发下，电子可由价带跃迁至导带形成光生载流子参与输运。然而，诸如硅、锗等材料属于间接带隙半导体，其电子的跃迁需要声子的参与，往往不具备高效的光生载流子产率；另外，高纯单晶半导体材料的制备往往依赖于高温外延等制造工艺，其步骤复杂且成本较高。因此，具有独特光电性质，同时兼备可溶液加工优势的半导体量子点材料，逐渐在光电二极管领域崭露头角。

半导体量子点作为典型的零维半导体纳米结构，源于纳米材料的小尺寸效应(量子限域效应)，不同于具有固定带隙的半导体，通过对尺寸的调控与设计，半导体量子点光电器件往往可以实现对紫外、可见光以及近红外区域等多波段、宽范围的光电探测。近年来，利用CdSe，ZnO，PbS， PbSe，HgTe等量子点作为光电探测器活性层的报道层出不穷。半导体量子点不仅可以作为单独的光电传感器件实现宽波段的光电信号探测，同时亦可通过与其他光电器件的耦合实现信号的高速响应。例如，石墨烯作为无带隙导体，具有极高的电子迁移率，能有效提高光电信号的响应速度，但缺点是二维层状的边缘处会降低光的吸收。因此，Ivan等人尝试将量子点光电二极管与石墨烯光电晶体管结合，从而实现了对近红外及可见光区域的高效光电探测。

光电二极管的核心部件为半导体之间或者金属与半导体之间形成的电学接触。在特定波长的光照下，可诱导产生光生载流子，完成光能向电能的转化，通过对光生少子的调制可有效控制器件内的反向电流，从而实现电学对光学辐照信号的实时检测。按照器件结构的区分，光电二极管可分为PN型、PIN型、肖特基型以及雪崩型等四类。纵观四类光电二极管，尽管构建电学接触的单元和光电响应特性上不尽相同，然而究其本质，其反向电流的调制以及光电信号的转换完全依赖光照下电子空穴对的产生和分离，取决于特定波长或强度光照的调制及电子在体系内的输运。扩大耗尽层的区域能够提高光电二极管的响应速度和响应灵敏度，同时也使得光电二极管的量子效率不能高于1(除非利用雪崩效应或载流子倍增效应)。

同时在这里引入光电导体的概念，Sagent在2009年提出的光电导器件的原理是在光电导体中，一种类型的激子(比如电子)被束缚，而另一种类型的激子，如上所述即为空穴在电场的影响下能够自由移动。如果空穴的寿命超过空穴通过器件的时间，那么被俘获的电子的长寿命将确保空穴可以通过外部电路循环多次，从而获得增益。比起光电二极管类器件的量子效率不能高于1，光电导体具有高增益，因为一种类型的电荷载流子，比如空穴能够在重组之前在外部电路中循环多次。带有相反的载流子，这里指的是电子，同时保留在光电导体主体中。