Ⅱ-Ⅵ族半导体CdTe低维量子结构的光电性质研究

发布时间：2017-11-05 19:29

  本文关键词：Ⅱ-Ⅵ族半导体CdTe低维量子结构的光电性质研究

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【摘要】：半导体量子点因其区别于体材料的特殊性质而被广泛研究,在过去的几十年一直是科研人员关注的热点。Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的制备方法简单,荧光效率高,光发射带较窄,发光波长由尺寸调控,广泛地应用于光电器件、生物标签等方面。CdTe量子点是Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的一种,它的发光波长几乎覆盖了整个可见光范围(400-760nm)。CdTe量子点的水相制备法成本低,环境友好,对实验条件的要求低,粒子的表面化学性质易得到控制,因而对CdTe低维材料的研究具有重要的理论和现实意义。本文着重对CdTe量子点与纳米棒的显微结构、光学性质和CdTe量子点的电致发光性质等进行了研究,主要的研究结果如下：(1)采用水相法合成了CdTe量子点。量子点表面由巯基乙酸包裹,减少了可能出现的Cd2+悬挂键,提高了荧光效率。我们通过高分辨透射电子显微镜表征观测到量子点的晶格结构,并估算出其直径大约为5nnm。通过不同生长时间样品的吸收图谱,我们发现量子点的吸收峰位相比于CdTe体材料有明显蓝移,而且可以推断随着生长时间增长,量子点的尺寸变大,带隙减小。在生长量子点的步骤中稍作修改,加入L-半胱氨酸盐酸盐到Cd2+前驱体中,我们用同样的方法制备了CdTe纳米棒。通过透射电子显微镜观测到已生成的CdTe纳米棒,并估算出其长度约为250nm,直径约为20nm。通过高分辨透射电子显微镜可以观测到量子点沿着特定晶向的连接,证明了实验理论的正确性。通过量子点溶液与添加L-半胱氨酸盐酸盐的溶液荧光光谱的对比,我们观测到了后者荧光峰位的明显红移,表明有CdTe纳米棒生成。对PL峰位于550nm、603nm和610nnm的三种纳米棒样品进行PLE测量,其图谱大致呈现出两个峰,该现象可归因于维结构的纳米棒在长度方向和直径方向都有吸收。(2)研究了CdTe量子点荧光增强的两种方式：表面钝化与金属纳米颗粒的表面等离激元共振增强效应。我们采用与CdTe晶格结构类似的CdSe作为壳层包裹在CdTe量子点表面,制备出CdTe/CdSe量子点,对该结构进行的透射电子显微镜表征显示量子点尺寸均一,核壳结构包裹完好。CdSe壳层使量子点表面悬挂键和缺陷钝化,减小了非辐射复合的几率,增加了CdTe量子点的荧光效率,从而使其荧光增强。从CdTe/CdSe量子点与CdTe量子点的荧光峰的对比图可以算出,包裹壳层后的量子点的荧光强度增大了约一倍。将CdTe量子点与Au纳米颗粒结合在一起形成复合薄膜,可以使量子点荧光得到增强。我们利用Au薄膜在Si衬底上快速热退火的方式得到了Au纳米颗粒,通过扫面电子显微镜表征获得了表面形貌图,并估算出Au纳米颗粒的直径大约为300nm。将Si片上的Au薄膜在400℃、500℃、600℃退火,再覆盖CdTe量子点,制备出Au纳米颗粒与CdTe量子点的复合薄膜。对比不同退火温度以及没有Au纳米颗粒样品的光致发光图谱,我们发现退火温度600℃下的Au纳米颗粒对CdTe量子点薄膜的荧光增强效应最显著,比未与Au纳米颗粒复合的CdTe量子点薄膜的光致发光增强了约一倍。(3)制备了以CdTe/CdSe量子点为发光层的电致发光原型器件,对器件各层材料的能级、发光原理、电致发光特性等方面进行了探究。根据器件自下而上的ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/ZnO/Al结构绘制了各层的能级图,分析了器件的工作过程。对器件进行电致发光测量得到其发光图谱,并发现当工作电压在9-16V的范围内增加时,发光强度逐渐增大。观测到器件的电致发光峰较量子点的光致发光峰稍有红移,分析得出是受斯塔克效应影响。绘制了器件的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,得出器件的开启电压为9V,开启电压下的电流密度为20mA/cm2。我们通过对空穴传输层和电子传输层材料的选取规则的探究,大致了解了器件存在的不足。最后,我们总结了该器件存在的一些显著优点。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.25

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