DOPADO DE MATERIALES SEMICONDUCTORES PARTICULADOS.

Esta invención se refiere a un método de dopado de material semiconductor particulado. En particular, la invención se refiere al dopado de nanopartículas semiconductoras, pero tiene aplicabilidad general al dopado de partículas con un amplio intervalo de tamaños. Las nanopartículas semiconductoras, con un tamaño característico de unos pocos nanómetros hasta varios cientos de nanómetros, son un tipo de material ampliamente estudiado, en el que los efectos del tamaño dominan sobre las propiedades del material en masa. En general, dependiendo del material específico y su aplicación, tres fenómenos diferentes relacionados con el tamaño pueden cambiar las propiedades electrónicas, ópticas, térmicas y mecánicas de tales nanopartículas: 1. una estructura y una composición diferentes en comparación con las fases en masa conocidas; 2. la relación superior de superficie a volumen de las partículas en comparación con la fase en masa, que hace que dominen los estados y procesos superficiales; y 3. efectos de confinación cuántica cuando el tamaño del objeto es similar o menor que la longitud de onda y la longitud de coherencia de una excitación fundamental (estado electrónico, longitud de onda óptica o excitación fonónica). Un problema específico trata del control del nivel de dopado bien de partículas semiconductoras, bien de la capa semiconductora o bien del material semiconductor compuesto, según sea el caso. En procesos conocidos, se ha hecho uso de material en masa previamente dopado que se muele hasta un tamaño de partícula pequeño. Otra posibilidad es incorporar átomos dopantes en el nanomaterial durante la síntesis por nanotecnología molecular (bottom-up) de agregados a nanoescala. En todos los casos, aun cuando el tipo de dopado (n o p) se mantenga normalmente a nanoescala, las características eléctricas de las partículas, y las composiciones de las mismas, pueden diferir significativamente del prototipo en masa, y ser difíciles de controlar. En US-A-5926727, partículas semiconductoras tales como esferas de silicio se dopan al difundir fósforo en la partícula. Un objetivo de la invención es proporcionar un método alternativo para dopar material semiconductor particulado. SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un método para dopar partículas semiconductoras como el indicado en la reivindicación 1. Por "dopado" se entiende cambiar la concentración de vehículo y/o el tipo de material semiconductor. La sal iónica o la preparación de sales iónicas puede comprender uno o más haluros metálicos. Alternativamente, la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende uno o más haluros alcalinos, haluros de tierras raras o haluros de metales de transición; una o más sales de metales alcalinos; una o más sales de tierras raras; una o más sales de metales de transición; o sulfatos, carbonatos, nitratos o complejos aniónicos similares. La sal iónica o la preparación de sales iónicas puede comprender un compuesto que comprende un catión metálico y un grupo aniónico. El método puede comprender la adición de una preparación de sales iónicas con un exceso de una especie catiónica, alcanzado mediante la adición de la base de la sal correspondiente, a una cantidad de material semiconductor particulado. La especie catiónica puede ser un metal alcalino, un metal de las tierras raras, un metal de transición u otro ion metálico cargado positivamente. Por ejemplo, la sal puede ser cloruro sódico (NaCl) y la base puede ser hidróxido sódico (NaOH). A modo de otro ejemplo, la sal puede ser cloruro magnésico (MgCl2) y la base puede ser hidróxido magnésico 2   (Mg(OH)2). El método puede comprender la adición de una preparación de sales iónicas con un exceso de una especie aniónica, alcanzado mediante la adición de la sal correspondiente, a una cantidad de material semiconductor particulado. En este caso, la especie aniónica puede ser un halógeno, sulfato, carbonato, nitrato u otra especie o complejo cargado negativamente. Por ejemplo, la sal puede ser cloruro sódico (NaCl) y el ácido puede ser ácido clorhídrico (HCl). En otro ejemplo, la sal puede ser cloruro magnésico (MgCl2) y el ácido puede ser ácido clorhídrico (HCl). El material semiconductor particulado puede comprender un elemento del grupo IV; un semiconductor de compuesto binario, ternario o cuaternario; un óxido; o un material semiconductor de calcogenuro. En una realización preferida, el material semiconductor particulado comprende silicio. El material semiconductor particulado puede comprender material intrínseco tal como silicio intrínseco. Alternativamente, el material semiconductor particulado puede comprender un material tipo n tal como silicio de calidad metalúrgica. Las partículas semiconductoras tienen un tamaño de partícula en el intervalo de 1 nm a 100 µm. Preferiblemente, el material semiconductor particulado tiene un tamaño de partícula en el intervalo de 10 nm a 1000 nm, y lo más preferiblemente en el intervalo de 50 nm a 500 nm. En una realización, el material semiconductor particulado comprende nanopolvo de silicio nominalmente intrínseco con un tamaño de partícula medio de 60 nm. En otra realización, el material semiconductor particulado comprende nanopolvo de silicio de calidad metalúrgica con un tamaño de partícula medio de 200 nm. De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona una composición imprimible que comprende partículas semiconductoras dopadas de acuerdo con el método definido anteriormente, un aglutinante y un disolvente según se indica en la reivindicación 27. La composición imprimible puede comprender material semiconductor particulado que se ha dopado con una sal iónica o una preparación de la sal antes de mezclar con el aglutinante y/o disolvente. Alternativamente, el material semiconductor particulado puede comprender material semiconductor particulado que se ha mezclado con el aglutinante y/o disolvente antes de la adición de una sal iónica o una preparación de la sal. El aglutinante puede ser acetato butirato de celulosa (CAB), y el disolvente puede ser cloroformo, acetona o diluyentes. Alternativamente, el aglutinante puede ser un poliéster o un éster autopolimerizante (monómero) y el disolvente puede ser un alcohol, acetona o diluyentes. En caso de que el disolvente sea un alcohol, puede ser etanol. De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un material compuesto semiconductor formado por una mezcla de partículas semiconductoras dopadas de acuerdo con el método definido anteriormente y un aglutinante según se indica en la reivindicación 34. De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo semiconductor que comprende un sustrato, capas primera y segunda de partículas semiconductoras depositadas sobre el sustrato en contacto entre sí, y contactos eléctricos respectivos hechos con las capas primera y segunda, en el que cada una de las capas primera y segunda comprende una composición imprimible según se define anteriormente, teniendo una de las capas primera y segunda propiedades tipo n y teniendo la otra de las capas primera y segunda propiedades tipo p, de modo que se defina una unión p-n entre las capas según se indica en la reivindicación 35. 3   BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las Figuras 1(a) y 1(b) son diagramas esquemáticos que ilustran el mecanismo químico de un procedimiento de dopado de acuerdo con la invención; las Figuras 2(a) y 2(b) son gráficos que ilustran cambios en el coeficiente de Hall de tintas de silicio nanoparticulado dopadas con NaCl y MgCl2, respectivamente; las Figuras 3(a) y 3(b) son una micrografía electrónica de transmisión y un mapa elemental correspondiente, respectivamente, de nanopolvo de silicio dopado con NaCl al 10% en peso; las Figuras 4(a) y 4(b) son vistas esquemáticas lateral y desde arriba, respectivamente, de una estructura de diodo prototípica de acuerdo con la invención; y la Figura 5 es una gráfica que muestra las características de corriente-voltaje de un ejemplo de la estructura de diodo de la Figura 4. DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES La invención trata de un método para dopar material semiconductor particulado en general, y nanopartículas en particular, así como composiciones y materiales compuestos hechos a partir de ellos. Esto se alcanza mediante la adición de una sal iónica, o una preparación de diferentes sales iónicas, a una cantidad del material particulado o partículas como un dopante. El término "sal" debe interpretarse de forma suficientemente amplia para incluir cualquier material denominado generalmente una sal, incluyendo un haluro alcalino, p. ej. NaCl, un haluro de las tierras raras, p. ej. MgCl2, o que incluye cualquier grupo aniónico complejo, tal como sulfatos, nitratos, carbonatos, acetatos.... [Seguir leyendo]

1. Un método para dopar partículas semiconductoras para cambiar la concentración de vehículo y/o el tipo del material semiconductor, comprendiendo el método mezclar una cantidad de partículas semiconductoras, que tienen un tamaño de partícula en el intervalo de 1 nm a 100 µm, con una sal iónica o una preparación de sales iónicas, de modo que capa partícula semiconductora como un todo se dopa mediante adsorción o absorción de una o más especies iónicas de la sal iónica o la preparación de sales iónicas. 2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende uno o más haluros metálicos. 3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende uno o más haluros alcalinos, haluros de tierras raras o haluros de metales de transición. 4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende una o más sales de metales alcalinos. 5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende una o más sales de tierras raras. 6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende una o más sales de metales de transición. 7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende sulfatos, carbonatos, nitratos o complejos aniónicos similares. 8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal iónica o la preparación de sales iónicas comprende un compuesto que comprende un catión metálico y un grupo aniónico. 9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende la adición de una preparación de sales iónicas con un exceso de una especie catiónica, alcanzado mediante la adición de la base de la sal correspondiente, a una cantidad de partículas semiconductoras. 10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la especie catiónica es un metal alcalino, un metal de las tierras raras, un metal de transición u otro ion metálico cargado positivamente. 11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, caracterizado porque la sal es cloruro sódico (NaCl) y la base es hidróxido sódico (NaOH). 12. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, caracterizado porque la sal es cloruro magnésico (MgCl2) y la base es hidróxido magnésico (Mg(OH)2). 13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende la adición de una preparación de sales iónicas con un exceso de una especie aniónica, alcanzado mediante la adición del ácido de la sal correspondiente, a una cantidad de partículas semiconductoras. 14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la especie aniónica es un halógeno, sulfato, carbonato, nitrato u otra especie o complejo cargados negativamente. 15. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, caracterizado porque la sal es cloruro sódico (NaCl) y el ácido es ácido clorhídrico (HCl). 16. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, caracterizado porque la sal es cloruro magnésico (MgCl2) y el ácido es ácido clorhídrico (HCl). 17. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden un elemento del grupo IV; un semiconductor de compuesto binario, ternario o cuaternario; un óxido; o un material semiconductor de calcogenuro. 18. Un método de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden silicio. 19. Un método de acuerdo con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado porque las partículas 7   semiconductoras comprenden material intrínseco. 20. Un método de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden silicio intrínseco. 21. Un método de acuerdo con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden material tipo n. 22. Un método de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden silicio de calidad metalúrgica. 23. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque las partículas semiconductoras tienen un tamaño de partícula en el intervalo de 10 nm a 1000 nm. 24. Un método de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque las partículas semiconductoras tienen un tamaño de partícula en el intervalo de 50 nm a 500 nm. 25. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden nanopolvo de silicio nominalmente intrínseco con un tamaño de partícula medio de 60 nm. 26. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque las partículas semiconductoras comprenden nanopolvo de silicio de calidad metalúrgica con un tamaño de partícula medio de 200 nm. 27. Una composición imprimible que comprende partículas semiconductoras dopadas de acuerdo con el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, un aglutinante y un disolvente. 28. Una composición imprimible de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizada porque las partículas semiconductoras están dopadas con la sal iónica o una preparación de la sal antes de mezclar con el aglutinante y/o el disolvente. 29. Una composición imprimible de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizada porque las partículas semiconductoras están mezcladas con el aglutinante y/o el disolvente antes de la adición de la sal iónica o una preparación de la sal. 30. Una composición imprimible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizada porque el aglutinante es acetato butirato de celulosa (CAB). 31. Una composición imprimible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 30, caracterizada porque el disolvente es cloroformo, acetona o diluyentes. 32. Una composición imprimible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizada porque el aglutinante es un poliéster o un éster autopolimerizante (monómero) y el disolvente es un alcohol, acetona o diluyentes. 33. Una composición imprimible de acuerdo con la reivindicación 32, caracterizada porque el alcohol es etanol. 34. Un material compuesto semiconductor formado por una mezcla de partículas semiconductoras dopadas de acuerdo con el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, y un aglutinante. 35. Un dispositivo semiconductor que comprende un sustrato, capas primera y segunda de partículas semiconductoras depositadas sobre el sustrato en contacto entre sí, y contactos eléctricos respectivos hechos con las capas primera y segunda, caracterizado porque cada una de las capas primera y segunda comprende una composición imprimible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 33, teniendo una de las capas primera y segunda propiedades tipo n y teniendo la otra de las capas primera y segunda propiedades tipo p, de modo que se defina una unión p-n entre las capas. 8   9     11   12