[发明专利]一种高产原位钝化中红外HgTe胶体量子点制备方法

说明书

一种高产原位钝化中红外HgTe胶体量子点制备方法。属于胶体量子点合成领域。其中，合成过程采用热注射法，含卤素元素的HgI₂作为Hg源的反应物，在反应时I^‑原位生长在胶体量子点表面，在钝化表面的同时，起到调节掺杂的目的，达到p型掺杂效果。并且使用TMSTe作为Te源，由于其具有很高的反应活性，与Hg前驱体发生充分反应，不会与Hg形成络合物限制HgTe的产率。

技术领域

本发明属于量子点技术领域，尤其涉及一种高产原位钝化中红外HgTe胶体量子点(CQDs)制备方法。

背景技术：

量子点(quantum dots,QDs)也称半导体纳米晶(seimconductor nanocrystals,NCs)，是少量原子组成的、三个维度尺寸在1-100nm之间的零维纳米量子结构。在量子点中，原子数目通常在几个到几百个之间。根据量子力学理论，当量子点尺寸小于自身激子玻尔半径的2倍时，在三个维度方向上，量子点中的载流子能量必然是量子化的，态密度分布是一系列的分立函数，载流子在三个维度上受到势垒约束而不能自由运动。约束可以归结于静电势(由外部的电极、掺杂、应变、杂质等产生)、两种不同半导体材料的界面和半导体的表面，或者以上三者的结合。

胶体量子点(colloidal quantum dots,CQDs)在近30年的研究中展现出优异的光学特性，这都得益于其光学带隙可调、液相合成机加工、表面处理调节掺杂和能级偏移、堆积密度高、良好的柔性衬底相容性等特点，广泛应用在太阳能电池、光电探测器和LED等领域。HgTe材料是一种半金属体，原则上可以通过控制尺寸在整个红外范围内实现带隙可调，近些年在近红外、中红外、长波红外均有一定的研究。

而对于HgTe胶体量子点的合成方法，目前可分为水溶液合成法和热注射法两种。水溶液合成法是将H₂Te气体通入溶入Hg源的去离子水溶液中，通过控制相应的反应温度和时间得到不同尺寸和带隙的HgTe CQDs，但是此方法制备的HgTe CQDs吸收带边只能到达2.5μm，中波以至于长波范围基本不能实现。而2011年Phillippe组采用热注射法，成功合成出带隙满足中红外波长的HgTe CQDs，但是产率较低，且尺寸分布较大。在2017年，采用TMSTe作为Te源，得到高产且尺寸分布小的n型HgTe CQDs。

发明内容：

针对现有的中红外HgTe CQDs掺杂方式的不足，多采用浓度梯度扩散掺杂的方式，在随后制备的结型器件中难以表现很好的整流特性。本发明提出了一种用HgI₂作为Hg源，TMSTe作为Te源，并且依旧采用热注射的方法合成。其目的在于既可以控制较好的单分散性，又由于I^-在量子点表面具有很强的结合能，可以在钝化表面的同时实现掺杂效果。而且制备工艺简便易于操作。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

根据软硬酸碱理论，I^-为软碱，Hg²⁺为软酸，所以HgI₂中Hg⁺和I^-的结合能很强，在前驱体溶液的制备过程需要升高温度将这种强键破坏掉。在反应过程中I^-会吸附在HgTe胶体量子点表面，钝化表面并调节掺杂。并采用TMSTe作为反应物，不与Hg形成络合物，反应活性更高，合成后的HgTe胶体量子点质量满足化学计量比计算结果，表明充分反应，胶体量子点产率高。

一种制备高产率原位钝化的中红外HgTe胶体量子点(CQDs)方法，具体包括以下步骤：

(1)制备Hg前驱体溶液；

(2)配制Te前驱体溶液；

(3)待温度稳定后注入Te前驱体，同时控制温度和反应时间；

(4)反应结束停止加热，注入溶剂淬灭并水浴降温；

(5)提纯并溶解保存。