Спосіб виготовлення світловипромінюючого пристрою на основі нанокристалів кадмій телуриду

Реферат: Спосіб виготовлення світловипромінюючого у видимій спектральній області пристрою включає нанесення шару світловипромінюючої речовини в суміші з полімером на ультрафіолетовий світлодіод та подальше висушування. Світловипромінюючою речовиною служить водний -5 розчин стабілізованих тіогліколевою кислотою нанокристалів CdTe з концентрацією (1,1·0,1)10 моль/л із 50±1,5 % водним розчином полімеру. При цьому нанокристали CdTe синтезують шляхом взаємодії відповідних прекурсорів в деіонізованій воді в реакторі напівперіодичної дії. Як полімер використовують водну дисперсію Duvilax КА-31. UA 103984 U (12) UA 103984 U UA 103984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології виготовлення світловипромінюючих пристроїв на основі низькорозмірних високолюмінесцентних напівпровідникових структур, зокрема нанокристалів (ПК) кадмій телуриду, отриманих методами колоїдної хімії, і може бути використана при конструюванні високонадійних і ефективних світловипромінюючих елементів у широкому діапазоні ультрафіолетового, видимого, у тому числі "білого", і ІЧ-випромінювання. Відомі як світловипромінюючі пристрої (аналог) трьохвимірні світлодіоди, що виготовлені на основі p-n або гетеропереходів і які детально описані в багатьох монографіях (див., наприклад, [1]). Випромінювання таких пристроїв викликане рекомбінацією носіїв заряду через випрямляючий електричний перехід. Для того, щоб кванти енергії - фотони, які вивільнились при рекомбінації, відповідали квантам видимого світла, ширина забороненої зони вихідного напівпровідника повинна бути відносно великою (ΔΕ≥1,7 еВ). При меншій ширині забороненої зони кванти енергії, що вивільнюється при рекомбінації носіїв заряду, відповідають інфрачервоній області спектру. Проте виготовлення світлодіодів, що випромінюють біле світло і світло всіх кольорів, значно ускладнене. Такі світлодіоди не завжди мають достатню швидкодію, потужність та термін експлуатації. Найбільш близьким за технічною сутністю до пристрою, що заявляється, є напівпровідниковий світловипромінюючий пристрій (прототип), запропонований у [2] (Патент US № 7294956, МПК: H01J1/63; H01L31/055, опублікований 13.11.2007 р.). Світловипромінюючий пристрій [2] виготовляють з ультрафіолетового світло діода, на який нанесена світловипромінююча речовина. Світловипромінююча речовина являє собою суміш полімеру (епоксидної смоли) з частинками фосфорів різного кольору. Білий колір отримують шляхом додавання фосфору жовтого кольору до фосфорів синього, зеленого і червоного кольорів світіння. Як фосфори, тобто джерела випромінювання синього, зеленого і червоного кольорів, використовують алюмінати, галофосфати і оксисульфідні фосфори. Жовтим фосфором є силікати Ba-Sr-Ca. Світіння фосфорів в полімері, в тому числі і жовтого кольору, збуджують ближнім УФ-випромінюванням (1×2,77 еВ) напівпровідникового діода. Недоліком пристрою-прототипу [2] є недостатня міцність описаного світловипромінюючого пристрою внаслідок необхідності використовувати компаунд епоксидну смолу (полімер), який при температурних перепадах в процесі експлуатації світловипромінюючого пристрою механічно впливає на елементи конструкції приладу, наприклад, на дротяні контакти у місцях їх приєднання, що призводить до їх обриву. Крім того, самі світловипромінюючі фосфори (люмінофори) мають низьку температурну стабільність, їх випромінювання піддасться термічному гасінню, мають вузький спектр люмінесценції (випромінювання). Так, наприклад, фосфори на основі алюмоіттрієвих фанатів, активованих церієм, мають спектр випромінювання з різко вираженим максимумом на довжині хвилі 470 нм, що істотно знижує їх ефективність, а при інших довжинах хвиль генерації випромінювання зазначених люмінофорів характеризується схильністю до температурного гасіння вже при низьких температурах. Алюмінати не стійкі до впливу кислот. Світловий потік галофосфорів вже помітно знижується при температурі понад 25 °C і в дуже значній мірі при зниженні температури нижче 0 °C. Окрім цього такі світловипромінюючі пристрої є занадто дорогими внаслідок високої вартості якісних фосфорів. Задачею корисної моделі є створення більш механічно міцного світловипромінюючого пристрою, що не містить у своїй конструкції компаундів на основі епоксидних смол, володіє розширеним діапазоном випромінювання (1.65÷2.65 еВ), вищою температурною стабільністю, не схильний до термічного гасіння та деградації, характеризується кращою механічною, температурною та хімічною стійкістю, а також меншою собівартістю зі збереженням незмінності оптичних властивостей впродовж року. Поставлена задача вирішується тим, що світловипромінюючий пристрій виготовляють шляхом нанесення шару світловипромінюючої речовини в полімері на ультрафіолетовий світлодіод, а світловипромінюючою речовиною служить водний розчин стабілізованих -5 тіогліколевою кислотою HК CdTe з концентрацією (1,1·0,1)10 моль/л із 50±1,5 % водним розчином полімеру, причому НК CdTe синтезують шляхом взаємодії відповідних прекурсорів в деіонізованій воді в реакторі напівперіодичної дії, а як полімер використовують водну дисперсію Duvilax КА-31). Запропонований полімер з HК CdTe є достатньо стійким до перепадів температури, а його використання дає можливість знизити собівартість отриманих структур у порівняні із описаними в літературі за рахунок використання дешевшого матеріалу, що виробляється у промисловості великотопажними партіями. Даний полімер не містить зовнішніх пом'якшувачів і наповнювачів. До складу емульсії входять неіногенний і аніонактивний емульгатор. Він є безпечним у використанні. Цей матеріал с нетоксичним, негорючим, не вибухонебезпечним та безпечним для здоров'я людей. Плівка дисперсії прозора і хімічно стійка та не схильна до деградації. 1 UA 103984 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Контроль якості та визначення середніх розмірів, синтезованих запропонованим нами способом НК CdTe проводились за допомогою дослідження спектрів оптичного поглинання і ФЛ. Для оцінки середніх розмірів НК використовували спрощену модель, вважаючи, що розкид частинок за розмірами описується функцією Гауса, положення максимуму смуги поглинання визначає середній радіус НК, а її напівширина характеризує дисперсію розмірів НК. Оскільки дані ПК характеризуються широким спектром випромінювання (від ближнього ультрафіолету до дальної червоної області), але максимальний молярний коефіцієнт екстинції демонструють при збудженні УФ-світлом, то збудження ФЛ здійснювали Нe-Cd лазером з довжиною хвилі 325,0 нм і потужністю К) мВт. Реєстрацію сигналу ФЛ проводили за допомогою установки па основі спектрометра МДР-23, оснащеного неохолоджуваним фотопомножувачем ФЭУ-100 з комп'ютерним керуванням розгорткою спектру. Дослідження оптичних властивостей розчинів здійснювали у кварцових та полістирольних кюветах, використовуючи безпечне для здоров'я дисперсійне середовище. Спектри ФЛ вимірювали при кімнатній температурі. Приклад конкретного виконання Для виготовлення ефективного світловипромінюючого пристрою основною задачею є синтез якісних НК CdTe. У загальному випадку при синтезі НК CdTe у розчині кожен із видів атомів, що бере участь у формуванні НК, вводиться у реактор у формі прекурсору, який є молекулою або комплексом, що містить один або більше видів атомів, необхідних для вирощування НК. У 2+ 2даному випадку джерелом Cd -іонів була сіль CdI2, Те -іонів газ H2Те. Синтез HК CdTe II проводили в установці для отримання низькорозмірних структур типу A Te в колоїдних розчинах на базі ізотермічного гетерогенного реактора напівперіодичної дії для низькотемпературних некаталітичних процесів, який складався із тригорлого скляного реактора об'ємом 500 мл, термометра та електромагнітної мішалки. Після введення прекурсорів у реакційну камеру, вони розкладаються і формують нові реактивні одиниці, які викликають нуклеацію та ріст ПК. Енергію, потрібну для розкладу прекурсорів, забезпечувала у реакторі деіонізована вода. Необхідний для синтезу наночастинок H2Те одержували електрохімічним методом у гальваностатичній кварцовій комірці. Світловипромінючий пристрій виготовляли шляхом змішування отриманого водного розчину -5 HК CdTe з концентрацією 1,1·10 моль/л із 50±1,5 % водним розчином полімеру, причому як полімер використовували водну дисперсію Duvilax KA-31) з подальшим висушуванням. Дослідження показали, що інші концентрації водних розчинів НК та полімеру не покращують оптичні властивості запропонованого приладу. Джерелом ультрафіолетового світла слугував ультрафіолетовий світлодіод (E=2,77 еВ). Вибір кольору визначається розподілом квантових точок за розмірами. На кресленні представлені спектри ФЛ запропонованих пристроїв на основі HК CdTe різних розмірів і, відповідно, випромінюючих світло різної довжини хвилі (1 - червоне, 2 - оранжеве, 3 жовте, 4 - зелене). Наші дослідження показали, що завдяки тому, що світловипромінюючий пристрій виготовляють шляхом нанесення шару світловипромінючої речовини в полімері на ультрафіолетовий світлодіод, а світловипромінюючою речовиною служить водний розчин -5 стабілізованих тіогліколевою кислотою нанокристалів CdTe з концентрацією (1,1±0,1)10 моль/л із 50±1,5 % водним розчином полімеру, причому нанокристали CdTe синтезують шляхом взаємодії відповідних прекурсорів в деіопізованій воді в реакторі напівперіодичної дії, а як полімер використовують водну дисперсію Duvilax ΚA-31) з подальшим висушуванням, запропонований спосіб дає змогу виготовляти світловипромінюючий пристрій, який характеризується розширеним діапазоном випромінювання (1.652.65 еВ), володіє більш високою стабільністю, не схильний до термічного гасіння та деградації, характеризується кращою механічною, температурною та хімічною стійкістю, мас достатньо широкий спектр випромінювання. Пристрій дешевший та зберігає незмінними свої оптичні властивості впродовж року. Одержані результати можуть знайти практичне застосування при розробці нових композиційних матеріалів на основі кадмій телуриду, а також при створенні малоінерційних ефективних оптослектронних приладів та при виготовленні люмінофорів, оптичних і люмінесцентних біологічних сенсорів нового покоління. Джерела інформації: 1. В.В. Пасынков, Л.К. Чиркии, Полупроводниковые приборы, М. "Высшая школа", 1987, 478 с. 2. Moungi G. Bawcndi, 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, дата публікації 31 грудня 2002 p. 2 UA 103984 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб виготовлення світловипромінюючого у видимій спектральній області пристрою, який включає нанесення шару світловипромінюючої речовини в суміші з полімером на ультрафіолетовий світлодіод та подальше висушування, який відрізняється тим, що світловипромінюючою речовиною служить водний розчин стабілізованих тіогліколевою -5 кислотою нанокристалів CdTe з концентрацією (1,1·0,1)10 моль/л із 50±1,5 % водним розчином полімеру, причому нанокристали CdTe синтезують шляхом взаємодії відповідних прекурсорів в деіонізованій воді в реакторі напівперіодичної дії, а як полімер використовують водну дисперсію Duvilax КА-31. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3