Світловипромінюючий пристрій на основі квантових точок телуриду кадмію

Світловипромінюючий пристрій на основі квантових точок телуриду кадмію, що виконаний у вигляді одно- або багатошарової полімерної матриці з квантовими точками, який відрізняється тим, що квантові точки виготовлені з нанокристалів телуриду кадмію, а плівка полімерної матриці виготовлена з неспряженого поліелектроліту полідіаладіамінамодіум хлорид. (19) (21) u200902171 (22) 12.03.2009 (24) 25.06.2009 (46) 25.06.2009, Бюл.№ 12, 2009 р. (72) КАЛИТЧУК СЕРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ, КОРБУТЯК ДМИТРО ВАСИЛЬОВИЧ, ДЕМЧИНА ЛЮБОМИР АНДРІЙОВИЧ, КУПЧАК ІГОР МИРОСЛАВОВИЧ, ЩЕРБАК ЛАРИСА ПАВЛІВНА (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ІМ. В.Є. ЛАШКАРЬОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 нвінілену (PPVs) з квантовими точками селеніду цинку (патент США №6501091). Прилад також містить джерело первинного світла (джерело накачки), а квантові точки вже випромінюють вторинне світло необхідного кольору. Вибір кольору визначається розподілом квантових точок за розмірами. Такий прилад може випромінювати як монохромне світло, так і змішане (поліхромне). Такі світловипромінюючі пристрої є достатньо ефективними та надійними. Проте необхідність наявності джерела первинного світла (джерела накачки) значно ускладнює технологію виготовлення таких пристроїв і робить їх занадто високовартісними. Задачею корисної моделі було виготовлення більш дешевого світловипромінюючого пристрою без джерела первинного світла (джерела накачки) при збереженні достатньо високої ефективності перетворення електричної енергії в світлову. Вказана задача вирішується завдяки тому, що світловипромінюючий пристрій, виконаний у вигляді одно - або багатошарової полімерної матриці з квантовими точками, який відрізняється тим, що квантові точки виготовлені з нанокристалів телуриду кадмію, а плівка полімерної матриці виготовлена з неспряженого поліелектроліту полідіаладіамінамодіум хлорид (ПДДА). Запропонована модель дає змогу виготовляти світловипромінюючі пристрої без джерела первинного світла (джерела накачки) при збереженні достатньо високої ефективності перетворення електричної енергії в світлову (до 80%). Слід відмітити, що колір випромінюваного світла визначається розмірами нанокристалів і може бути як монохроматичним, так і білим. Для ефективного використання світловипромінюючих матриць потрібно, щоб вони містили квантові точки з досить малим розкидом за розміром та добре запасивованою поверхнею. Як свідчить аналіз патентної інформації, найбільш придатними для цих цілей є колоїдні розчини квантових точок А2В6, осаджені певним чином на органічну чи неорганічну підкладки. У цьому випадку необхідно створити умови для максимально повної пасивації поверхні квантових точок з метою збільшення інтенсивності їх випромінювання. Саме підбір діелектричної матриці ПДДА для КТ CdTe, на наш погляд, дає змогу покращити світловипромінюючі характеристики системи, оскільки контрольований ріст квантових точок у колоїдних розчинах є все ще досить непростим завданням. Приклад конкретного виконання Пристрій, що заявляється був виготовлений таким чином: Синтез квантових точок CdTe. Для синтезу КТ CdTe з колоїдного розчину використовувались реактиви: Cd(C104)2×6Н2О "х.ч.", тіогліколева кислота 98+% "Aldrich", L- цистеїн 99,2+% ("Сфера Сім"); 0,1 М NaOH "ч."; 0,1 М розчин НС1 "ч."; телур марки ТВ-4; деіонізована вода з питомим опорром 18МОм. Основою синтезу КТ CdTe є взаємодія іонів Cd2+ і Те2- у лужному середовищі в присутності пасиваторів - тіогліколевої кислоти (TGA), Lцистеїну (L-cys) або інших меркаптопохідних. При цьому водний розчин іонів Cd2+ готується шляхом 42339 4 розчинення в деіонізованій воді солі Cd(ClO4)2×6H2O, яка характеризується моноклінним типом елементарної комірки з розгалуженими водневими зв'язками. При розчинені у воді меркаптопохідних відбувається заміщення молекул води, які знаходяться в октаедричному оточені іонів Cd2+. Джерелом аніонів телуру був телуроводень Н2Те, що одержували електрохімічним способом, а для створення інертної атмосфери використовували аргон. При пропусканні через розчин газу Н2Те відбувається спонтанне утворення КТ CdTe нанометрових розмірів. Розмір КТ можна контролювати змінюючи концентрацію Cd2+, меркаптопохідних, рН розчину або часу протікання реакції. Атоми сірки, яка входить до складу меркаптопохідних, утворюють зв'язки з поверхневими атомами кадмію КТ CdTe. Це запобігає злипанню КТ і покращує дисперсію їх розмірів. Ріст КТ CdTe внаслідок хімічних реакцій у водному розчині можна описати тристадійним процесом. На першому етапі в перенасиченому розчині відбувається утворення мікрозародків (кластерів CdTe) з іонів Cd2+ та Те2-. На другому етапі, відбувається збільшення розмірів кластерів при зменшенні ступеня перенасичення розчину. Ці два процеси пов'язані з виштовхуванням молекул води та меркаптопохідних і визначаються вільною енергією перенасиченого розчину, аналогічно механізму запропонованому для синтезу наночасток SiO2 в колоїдних розчинах. Протягом цих етапів утворюються кластери CdTe докритичного розміру із сильною розвиненістю поверхні. На третьому етапі, після досягнення критичного розміру, відбувається збільшення розмірів кластерів шляхом дифузійного масопереносу від малих кластерів до більших (розчинення малих кластерів в більших) згідно з механізмом Ліфшиця-Сльозова, що стимулюється зменшенням вільної поверхневої енергії КТ. Для підвищення стабільності розчини піддавали термообробці в киплячій водяній бані протягом 1 години. Для виготовлення шарів плівок ПДДА з КТ CdTe використовували скляну, прозору для видимого світла підкладинку, колоїдний розчин КТ CdTe та 2% розчин ПДДА при рН=6,4. Виготовлення плівок ПДДА з КТ CdTe проводилось шляхом послідовного занурення в розчин ПДДА скляної підкладинки з нанесеним електродом OIO (окисіндій-олово) на 5хв., промивкою в деіонізованій воді 3хв. і витримуванням в синтезованому колоїдному розчині КТ 10хв. з подальшою промивкою в деіонізованій воді 3хв. Після цього цикл повторювався для нанесення 30 шарів плівок. На верхній шар наносився А1-електрод. На Фіг.1 представлено схематичне зображення одношарової світловипромінювальної комірки на основі нанокристалів CdTe. 1 - алюмінієвий електрод, 2 - нанокристали CdTe в полімерній матриці, 3 - політиленімін, 4 - ОIО-електрод, 5 - підкладинка (скло). Експериментальний зразок світловипромінюючого пристрою був створений методом самокомпонування шар за шаром, описаним вище. Цей метод є дуже простим підходом для комбінування напівпровідникових нанокристалів з різними органічними матеріалами для ство 5 42339 рення гомогенних плівок, полегшує створення багатошарових структур з різних матеріалів при виготовленні сучасних електрооптичних пристроїв. Нанокристали CdTe інкорпорувалися в плівки неспряженого поліелектроліту полідіаладіамінамодіум хлорид. Одношарові пристрої зі структурою (ОIO/політиленімін (ПЕІ) (СdТе/ПДДА)×n/Аl, виготовлялись з використанням різних за розмірами квантових точок CdTe. Електрод ОIО покривався шаром політиленіміну для покращення адгезії до електроду. Збільшення кількості шарів приводить до збільшення інтенсивності випромінювання. Експериментальні дослідження показали, що найбільш оптимальним є виготовлення світловипро Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 мінюючого пристрою, що містить близько 30 шарів квантових точок. При прикладенні напруги до контактів спостерігається електролюмінесценція у видимій області спектру без використання додаткового джерела накачки, інтенсивність якої не менша, ніж в прототипі. На Фіг.2 представлено типовий спектр люмінесценції запропонованого пристрою. Джерела інформації: 1. В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин, Полупроводниковые приборы, М. "Высшая школа", 1987, 478с. 2. Moungi G. Bawendi, Jason Heine, Klavs F. Jensen, Jeffrey N. Miller, Ronald L. Moon. Massachusetts Institute of Technology, Кембридж, (США), Hewlett-Packard Company (США). Патент США USA №6501091. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601