納米結(jié)構(gòu)材料疊層轉(zhuǎn)移方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 在一個(gè)方面中，提供了用于制造多層納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合物的方法，以及通過這樣 的方法制造的裝置。在另一個(gè)方面中，提供了包括使用飾面含氟層來幫助納米結(jié)構(gòu)材料層 的轉(zhuǎn)移的方法，以及通過這樣的方法制造的裝置。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 包括量子點(diǎn)（QD)系統(tǒng)的納米結(jié)構(gòu)材料已被用于大量的應(yīng)用中，包括發(fā)光裝置、太 陽能電池、光電設(shè)備、晶體管、顯示設(shè)備等。包括量子點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)材料為具有納米晶體結(jié) 構(gòu)并足夠小以顯示量子力學(xué)特性的半導(dǎo)體材料。參見美國專利申請(qǐng)US2013/0056705和美 國專利US8039847。
[0004] 用于制造量子點(diǎn)裝置的特定方法已被記載。對(duì)于多種不同的應(yīng)用來說，包括制造 包括量子點(diǎn)的更加復(fù)雜的裝置，仍存在著改善制造工藝的需求。
[0005] 發(fā)明概述
[0006] 我們現(xiàn)在提供用于制造納米結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)的改進(jìn)方法，以及通過這樣的方法制造 的裝置。如在這里所討論的，術(shù)語納米結(jié)構(gòu)材料包括量子點(diǎn)材料以及包含一個(gè)或多個(gè)異質(zhì) 結(jié)、例如異質(zhì)結(jié)納米棒的納米晶體納米顆粒（納米顆粒）。
[0007] 更特別地，在第一方面中，提供了用于制造納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合物或疊層的方法，包 含：
[0008] (a)在第一基底上提供多層復(fù)合物，其包含1)納米結(jié)構(gòu)材料層和2) -個(gè)或多個(gè)不 同于納米結(jié)構(gòu)材料層的額外的功能層；
[0009] (b)轉(zhuǎn)移多層復(fù)合物至第二基底上。
[0010] 所述的多層復(fù)合物可以通過多種不同的方法而被轉(zhuǎn)移，印記轉(zhuǎn)移通常為優(yōu)選的。 在一種實(shí)施方式中，印記接觸多層復(fù)合物的上表面，從第一基底移除多層復(fù)合物并將所述 多層復(fù)合物沉積在第二基底上。其后，所述印記可從復(fù)合物撤回。
[0011] 多層復(fù)合物恰當(dāng)?shù)匕{米結(jié)構(gòu)材料層（例如量子點(diǎn)層或異質(zhì)結(jié)納米材料層）以 及一個(gè)或多個(gè)功能層，例如電子傳輸層、空穴傳輸層，一個(gè)或多個(gè)犧牲層，電極（例如陰極 層）等。
[0012] 在另一個(gè)方面中，提供了用于制造納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合物或疊層的方法，包含：
[0013] (a)在第一基底上提供層狀復(fù)合物，其包含納米結(jié)構(gòu)材料以及飾面含氟層；
[0014] (b)使層狀復(fù)合物與印記接觸；
[0015] (c)將層狀復(fù)合物轉(zhuǎn)移至第二基底。
[0016] 在優(yōu)選的方法中，印記接觸飾面或上含氟層。含氟層可以幫助納米結(jié)構(gòu)材料層復(fù) 合物釋放至接收器（第二基底）。含氟層可以包含多種不同的含氟材料，例如含氟低分子量 非聚合化合物，氟化低聚物和氟化聚合物，其中氟化聚合物通常為優(yōu)選的。在將復(fù)合物轉(zhuǎn)移 至第二基底之后，含氟層例如可以通過溶劑清洗而被恰當(dāng)?shù)匾瞥?br>[0017] 還提供了利用本發(fā)明上述方面的方法。由此，提供了用于制造納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合 物的方法，包含：
[0018] (a)在第一基底上提供多層復(fù)合物，其包含1)納米結(jié)構(gòu)材料層，和2)不同于納米 結(jié)構(gòu)材料層的一個(gè)或多個(gè)額外的功能層，和3)飾面含氟層；
[0019] (b)將多層復(fù)合物轉(zhuǎn)移至第二基底。
[0020] 在這些方法中，含氟層可以是如上所述的，其中氟化聚合物通常為優(yōu)選的。在將復(fù) 合物轉(zhuǎn)移至第二基底之后，含氟層例如可以通過溶劑清洗而被恰當(dāng)?shù)匾瞥?br>[0021] 在上文的方法中，復(fù)合物的轉(zhuǎn)移在單一步驟中被恰當(dāng)?shù)赝瓿?，即整個(gè)多層復(fù)合物 作為單一的或完整的單元由第一基底（供體基底）轉(zhuǎn)移至第二基底（接收基底）。
[0022] 在優(yōu)選的方法中，多個(gè)復(fù)合物可被轉(zhuǎn)移至第二基底。例如，包含紅色發(fā)光納米結(jié)構(gòu) 材料層的第一復(fù)合物和包含綠色發(fā)光納米結(jié)構(gòu)材料層的第二復(fù)合物可以由第一（供體）基 底轉(zhuǎn)移至第二（接收）基底。
[0023] 本發(fā)明還提供了通過在這里公開的方法獲得的或可由其獲得的裝置，其包括包含 在這里公開的系統(tǒng)的各種發(fā)光裝置，光檢測(cè)器，化學(xué)傳感器，光電設(shè)備（例如太陽能電池）， 晶體管和二極管，以及生物活性表面。
[0024] 本發(fā)明的其它方面在下文公開。
【附圖說明】
[0025] 圖1 (包括圖1A至1E)示意性地示出本發(fā)明的優(yōu)選方法。
[0026] 圖2示意性地示出本發(fā)明的另一種優(yōu)選方法。
[0027] 圖3A示出具有結(jié)構(gòu)化表面的轉(zhuǎn)移印記。圖3B示出回復(fù)之后的供體基底。圖3C 示出涂層玻璃上的量子點(diǎn)（QD)圖案。
[0028] 發(fā)明詳述
[0029] 我們現(xiàn)在已經(jīng)證明多層納米結(jié)構(gòu)材料疊層在單一步驟中的轉(zhuǎn)印。
[0030] 其中，我們已經(jīng)證明具有兩層或更多層的納米結(jié)構(gòu)材料疊層的轉(zhuǎn)印，包括具有2、3 或4層的納米結(jié)構(gòu)材料層疊層，例如包含納米結(jié)構(gòu)材料層和電子傳輸層的疊層（2層疊層） 的有效轉(zhuǎn)印；包含納米結(jié)構(gòu)材料層、電子傳輸層和電極層的疊層（3層疊層）的轉(zhuǎn)??；以及 包含空穴傳輸層、納米結(jié)構(gòu)材料層、電子傳輸層和電極層的疊層（4層疊層）的轉(zhuǎn)印。
[0031] 我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的轉(zhuǎn)印方法可以提供大量有益的性能。
[0032] 特別地，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)材料層的調(diào)整可被加強(qiáng)，相對(duì)于在可比較的旋轉(zhuǎn) 鑄模成型設(shè)備中可比較的納米結(jié)構(gòu)材料層來說。不被任何理論所限制，據(jù)信這樣的納米結(jié) 構(gòu)材料層的加強(qiáng)調(diào)整至少部分是由于所施加的與本印刷方法相關(guān)的壓力。
[0033] 另外地，通過本疊層轉(zhuǎn)印方法，每個(gè)疊層的層中的材料以及每個(gè)層的厚度均可被 容易地最優(yōu)化。此外，所制造的納米結(jié)構(gòu)材料LED設(shè)備的能帶圖可被最優(yōu)化。由此，轉(zhuǎn)印已 經(jīng)證明，對(duì)于在空穴傳輸層涂覆的基底上包含納米結(jié)構(gòu)材料層、電子傳輸層和陰極層的多 層疊層來說，其中每個(gè)層可被單獨(dú)地最優(yōu)化以最大化所制造的RGB納米結(jié)構(gòu)材料LED的性 能。由此，在一種優(yōu)選的特定系統(tǒng)中，一系列紅色或綠色量子點(diǎn)/ZnO或Ti02/鋁可被轉(zhuǎn)移 至聚[9,9-二辛基芴基-2, 7-二基]-共-(4,4' -仲丁基苯基）二苯基胺）](TFB)涂覆的 PEDOT:PSS/氧化銦錫基底上。
[0034] 正如在這里所示的，當(dāng)至少20、30、40、50、60、70或80wt%的第一層由一種或多種 不存在于第二層中的材料組成的時(shí)候，納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合物的層（例如第一層和第二層） 將會(huì)是不同的。
[0035] 納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合物的層的橫截面尺寸可以廣泛地并恰當(dāng)?shù)刈兓?，其例如可以?1000ym或更小乘以1000ym或更小，并且典型地更小，例如500ym或更小乘以500ym或 更小，或者200ym或更小乘以200ym或更小，或者甚至是150ym或更小乘以150ym或更 小，或者甚至是100um或更小乘以100ym或更小。
[0036] 納米結(jié)構(gòu)材料復(fù)合物的層的厚度也可以廣泛地變化，并且恰當(dāng)?shù)乩缈梢允?nm 至100nm的厚度，更典型地為10nm至20nm或者50nm的厚度。
[0037] 現(xiàn)在參見附圖，圖1示意性地描述了本發(fā)明的優(yōu)選方法。
[0038] 如在圖1A中所不的，供體基底10可以是娃晶片，其任選地例如涂覆有硅烷材料， 例如優(yōu)選十八烷基三氯硅烷，從而提供自組裝單層（SAM)的層12。硅烷材料例如通過浸涂 而被恰當(dāng)?shù)厥┘印＿^量的硅烷材料例如可以通過超聲波處理而被移除，隨后通過熱處理在 晶片10上形成硅烷網(wǎng)絡(luò)層12。熱處理例如可以是100°C或更高，持續(xù)15至60分鐘，其取 決于所使用的硅烷試劑。適用于形成層12的其它材料例如包括其它的硅烷材料，例如辛基 三氯硅烷和三氯（1H，1H，2H，2H-全氟辛基）硅烷以及氟化材料。
[0039] 如果需要的話，犧牲層14可以在SAM層12上形成。層14恰當(dāng)?shù)乜梢园环N或 多種聚合物，其可以在例如約30°C至140°C的溫度下容易地移除。用于層14的示例性的材 料例如可以包括聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、聚酰胺酸、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯甲基醚，其在 犧牲層中可單獨(dú)使用或者聯(lián)合使用。在如圖1B中所描述的轉(zhuǎn)移方法的過程中，層14可以 幫助納米結(jié)構(gòu)材料層16與供體基底的分離。
[0040] 這樣的犧牲層14為特別優(yōu)選的，其中將要被轉(zhuǎn)移的復(fù)合物的第一層并不是納米 結(jié)構(gòu)材料層、而是另一層，所述另一層例如為電荷傳輸層，其包含相對(duì)極性的組分，所述相 對(duì)極性的組分難于有效地旋涂在0DTS處理的基底上。在這樣的優(yōu)選實(shí)施方式中，犧牲層14 可以包含一種或多種材料，其具有比0DTS或者位于供體基底下方的其它表面材料更大的 表面能，但是表面能還充分不同于接下來施加的復(fù)合層（例如電荷傳輸層），從而確保復(fù)合 物與供體基底在隨后的加工過程中成功地分離。
[0041] 納米結(jié)構(gòu)材料層16可以作為溶液而被施加在位于下方的層上，例如通過旋涂、噴 涂、浸涂等。納米結(jié)構(gòu)材料層可以作為單層而被施加，其中所施加的納米結(jié)構(gòu)材料以二維陣 列而被布置。還優(yōu)選的是，納米結(jié)構(gòu)材料被施加以提供三維陣列。
[0042] 所施加的納米結(jié)構(gòu)材料層可以包含多種不同的材料，其將被理解為包括術(shù)語納米 結(jié)構(gòu)材料，本文其它類似術(shù)語的納米結(jié)構(gòu)材料層。
[0043]由此，如上所述的，如在這里所使用的術(shù)語納米結(jié)構(gòu)材料包括量子點(diǎn)材料以及包 含一個(gè)或多個(gè)異質(zhì)結(jié)、例如異質(zhì)結(jié)納米棒的納米晶體納米顆粒（納米顆粒）。
[0044] 所施加的量子點(diǎn)恰當(dāng)?shù)乜梢允堑贗I-VI族材料，第III-V族材料，第V族材料，或 其組合。所述量子點(diǎn)恰當(dāng)?shù)乩缈梢园ㄟx自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP和InAs中的至少一種。在不同的條件下，量子點(diǎn)可以包括包括 兩種或更多種上述材料的化合物。例如，化合物可以包括兩種或更多種量子點(diǎn)，其存在為 簡單混合的狀態(tài)，混合晶體（其中兩種或多種化合物晶體被部分地分為相同的晶體，例如 具有核-殼結(jié)構(gòu)或梯度結(jié)構(gòu)的晶體），或者包括兩種或更多種納米晶體的化合物。例如，量 子點(diǎn)可以具有具有通孔的核結(jié)構(gòu)，或者具有核和包封所述核的殼的包封結(jié)構(gòu)。在這樣的實(shí) 施方式中，所述核例如可以包括CdSe、CdS、ZnS、ZnSe、CdTe、CdSeTe、CdZnS、PbSe、AglnZnS和ZnO中的一種或多種材料。所述殼例如可以包括選自CdSe、ZnSe、ZnS、ZnTe、CdTe、PbS、 TiO、SrSe和HgSe中的一種或多種材料。
[0045] 包含多個(gè)異質(zhì)結(jié)的鈍化