本發明專利技術公開了一種基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管，以硼氮摻雜碳納米管為發光體，對其施加正向偏壓時，發光體在可見光波段發光；其中，硼氮摻雜碳納米管直接生長在絕緣襯底或者轉移到絕緣襯底上，使用非對稱電極技術或者局域門電極技術在硼氮摻雜碳納米管上制作pn結。硼氮摻雜碳納米管純半導體性的特性解決了純碳納米管因為金屬性管和半導體性管混雜在一起而難于集成的困難，本發明專利技術實現了一種可高度集成的基于一維納米結構的可見光波段的納米發光器件。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及可見光發光二極管，特別是基于碳納米管材料的可見光發光二極管。
技術介紹
碳納米管是一種一維納米材料，具有很高的機械強度，極高的電子遷移率，很好的熱穩定性和化學穩定性，是極具希望的下一代微納器件的核心材料。半導體性的碳納米管是直接帶隙材料，可用于發光器件和光探測器件。但是基于純碳納米管制作光電器件存在兩個較大的問題。第一碳納米管是金屬性還是半導體性取決于具體每根管的螺旋結構，直接合成的碳納米管樣品均是金屬性和半導體性管的混合物。而金屬性的碳納米管不能用來制作光電器件，這對基于碳納米管的微納器件的集成帶來極大的困難。第二 半導體性碳納米管的帶隙較小，實驗上成功合成的碳納米管帶隙都處于紅外波段。無法應用于制作可見光波段的器件。
技術實現思路
針對純碳納米管應用于發光器件存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種可獲得極高的集成度的基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管。為實現上述目的，本專利技術基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管，以硼氮摻雜碳納米管為發光體，對其施加正向偏壓時，發光體在可見光波段發光；其中，硼氮摻雜碳納米管直接生長在絕緣襯底或者轉移到絕緣襯底上，使用非對稱電極技術或者局域門電極技術在硼氮摻雜碳納米管上制作pn結。進一步，使用非對稱電極技術時，選用鈀鈧電極對或者鈀釔電極對，其中鈀電極與納米管之間形成P型接觸，鈧或者釔電極與納米管之間形成η型接觸。進一步，使用局域門電極技術時，源漏電極金屬選用鈦或者鋁，在源漏電極與納米管接觸區域的上方或者下方制作局域門電極。進一步，一個器件內作為發光體的所述硼氮摻雜碳納米管是單根的、或者多根平行陣列、或者多根無序隨機導電網絡。進一步，所述硼氮摻雜碳納米管是單壁納米管或者多壁納米管。進一步，兩電極之間的所述硼氮摻雜碳納米管長度在幾十納米到幾十微米之間任意調節。硼氮摻雜碳納米管純半導體性的特性解決了純碳納米管因為金屬性管和半導體性管混雜在一起而難于集成的困難，本專利技術實現了一種可高度集成的基于一維納米結構的可見光波段的納米發光器件。附圖說明圖I為單根納米管發光二極管非對稱電極器件結構示意 圖2為多根納米管平行陣列非對稱電極器件結構示意圖；圖3為納米管隨機導電網絡非對稱電極器件結構示意 圖4為一個實際制作的硼氮共摻雜碳納米管的發光二極管光學顯微鏡照片； 圖5為圖4所示的硼氮共摻雜碳納米管發光二極管掃描電子顯微鏡照片； 圖6為圖4和圖5所示的硼氮共摻雜碳納米管發光二極管的電壓電流曲線； 圖7為圖4和圖5所示的硼氮共摻雜碳納米管發光二極管的發射光譜。具體實施例方式下面，參考附圖，對本專利技術進行更全面的說明，附圖中示出了本專利技術的示例性實施例。然而，本專利技術可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本專利技術全面和完整，并將本專利技術的范圍完全地傳達給本 領域的普通技術人員。本專利技術基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管，以硼氮摻雜碳納米管為發光體，對其施加正向偏壓時，發光體在可見光波段發光，硼氮摻雜碳納米管直徑可小到I納米，用這種一維納米材料制作發光二極管，可獲得極高的集成度，或應用于片上微納尺度光電系統?；谂鸬矒诫s碳納米管的發光二極管制作的第一步是將納米管生長在絕緣襯底上(直接生長法)，或者將已合成的納米管樣品轉移到絕緣襯底上(轉移法)。直徑生長法通常使用表面有二氧化硅層的單晶硅基片，在需要納米管的區域撒布催化劑，然后使用化學氣相沉積的方法在二氧化硅層上直接生長納米管陣列或者納米管隨機網絡。轉移法是將生長在其他襯底的納米管利用納米材料轉移技術轉移到器件制作襯底上，或者將納米管分散到易揮發溶液中，然后涂布到器件制作襯底上。納米管上需要制作pn結?？墒褂迷诩兲技{米管中已研究成熟的非對稱電極技術或者局域門電極技術。使用非對稱電極技術時，用電子束光刻技術或者光學光刻技術，分兩步制作金屬鈀電極與金屬鈧電極，或者金屬鈀電極與金屬釔電極。金屬鈀電極與納米管界面形成P型接觸，電壓加上時通過鈀電極向納米管注入空穴載流子。金屬鈧(或者金屬釔)與納米管界面形成η型接觸，電壓加上時向納米管注入電子載流子。這樣鈀電極與鈧電極(或者釔電極)在納米管上形成pn結。電壓為正偏壓時，兩個電極分別注入的空穴和電子在納米管上復合，產生可見光發光。在納米管上制作pn結的方法還可使用在純碳納米管納米器件中常用的局域門電極的方法。即首先在納米管上制作同樣材質的源電極與漏電極，可用鈦金屬電極或者鋁金屬。然后用高介電系數的絕緣材料覆蓋納米管和金屬電極的接觸區域，隨后在此絕緣層上正對納米管和金屬電極接觸區域的地方制作兩個局域門電極。在局域門電極加正電壓時，此門電極下方的金屬電極向納米管注入空穴載流子；局域門電極加負電壓時，此門電極下方的金屬電極向納米管注入電子載流子。兩個局域門電極，一個加正電壓，一個加負電壓，實現空穴和電子的分別注入，達到在納米管上形成pn結的效果。根據器件尺寸要求和發光度的要求，在一個發光二極管器件中使用的硼氮摻雜碳納米管可以是單根的、或者多根平行陣列、或者多根無序隨機導電網絡，可以使用單壁納米管或者使用多壁納米管。納米管溝道的長度可以在幾十納米到幾十微米之間任意調節。鈀電極鈧電極的非對稱電極器件結構相比局域門電極器件結構來說，制作工藝步驟較少，單個器件尺寸相對較小，可獲得更高的制作效率與器件集成度，為該硼氮共摻雜碳納米管的發光二極管器件結構的優選結構。 圖I為單根硼氮摻雜碳納米管發光二極管器件結構示意圖。納米管樣品4分散在絕緣襯底I上，使用標準微加工金屬電極制作工藝(包括光刻、金屬沉積、金屬剝離等工藝步驟)分別在單根納米管樣品兩端制作鈀電極2和鈧電極(或者釔電極)3。鈀電極2與納米管形成P型接觸，鈧電極(或者釔電極)3與納米管形成η型接觸?；趩胃鸬獡诫s碳納米管的Pn結因此構成，給此pn結加上正向偏壓納米管可發射可見光。如圖2所示，也可直接在絕緣襯底I上用化學氣相沉積方法生長平行納米管陣列5，在納米管陣列上制作鈀電極與鈧電極(或者乾電極)。一對鈕鈧(乾)電極之間連接有多根納米管?；蛘呷鐖D3所示，生長或者轉移納米管形成納米管導電隨機網絡6，在其上制作鈀鈧(釔)電極對。一個器件中參與導電的納米管越多，其器件工作電流也越大，發光強度也越大。圖4顯示了一個制成的硼氮共摻雜碳納米管的發光二極管光學顯微鏡照片，此器件使用鈀鈧非對稱電極技術。光學顯微鏡下鈧電極與鈀電極呈現不同的顏色。圖5顯示了圖4所示的發光二極管掃描電子顯微鏡照片?？梢钥吹解Z鈧電極對之間有平行納米管陣列導電通道。圖6為圖4和圖5所示的發光二極管的電壓電流曲線，器件表現出二極管典型的單向導電性。圖7為給該器件加上正向偏壓，并用光譜儀檢測該器件的發射光譜。圖中分別顯示了偏壓Vb=2V和偏壓Vb=5V時的發射光譜，偏壓越大，發光峰強度越大。權利要求1.基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管，其特征在于，該可見光發光二極管以硼氮摻雜碳納米管為發光體，對其施加正向偏壓時，發光體在可見光波段發光；其中，硼氮摻雜碳納米管直接生長在絕緣襯底或者轉移到絕緣襯底上，使用非對稱電極技術或者局域門電極技術在硼氮摻雜碳納米管上制作pn結。2.如權利要求I所述的基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管，其特征在于，使用非對稱電極本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于硼碳氮納米管的可見光發光二極管，其特征在于，該可見光發光二極管以硼氮摻雜碳納米管為發光體，對其施加正向偏壓時，發光體在可見光波段發光；其中，硼氮摻雜碳納米管直接生長在絕緣襯底或者轉移到絕緣襯底上，使用非對稱電極技術或者局域門電極技術在硼氮摻雜碳納米管上制作pn結。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊曉霞，王文龍，許智，白雪冬，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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