基于ZnSe的核壳结构量子点的光谱和光生载流子动力学性质研究
发布时间：2021-09-09 17:47
半导体量子点由于独特的物理化学特性,具有吸收带宽和发射带窄等特点,在发光材料、光伏器件及催化等领域展现出极大的应用潜力。光生载流子的动力学是决定半导体量子点应用范围和半导体量子器件的关键因素。核壳结构量子点具有荧光量子产率高和光学稳定性好等优点,是半导体量子器件领域的研究热点。但壳层的存在将显著改变半导体量子点的光学性质和光生载流子动力学过程,从而影响其在半导体量子器件中的实际应用。此外,半导体量子点的光学性质和光生载流子动力学过程还与核的尺寸和壳的厚度密切相关。因此,要促进核壳结构量子点在量子器件中的应用,必须掌握核壳结构量子点的光学性质和光生载流子动力学过程、以及核的尺寸和壳的厚度对其光学性质和光生载流子动力学过程的影响。ZnSe是重要的半导体材料,其带隙宽度为2.58 e V,在太阳能电池、光催化等领域具有广阔的应用前景。本论文主要研究了ZnSe基核壳结构量子点的光谱和光生载流子动力学性质,并获得了以下创新性成果:1 ZnSe/CdSe量子点的合成和光生载流子动力学。本论文通过连续离子层吸附反应法（SILAR）制备了高质量ZnSe/CdSe量子点,并研究了其光谱性质和光生载流子动...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
量子点能级与尺寸关系示意图[40]
第一章绪论31.2.2表面效应图1-2InP表面原子占比随粒径的变化[41]Figure1-2VariationoftheproportionofsurfaceatomstototalatomsinInPwithdifferentdiameters[41]表面效应是指纳米半导体颗粒表面原子数随粒径的减小而急烈增大，引起纳米半导体材料物理、化学性质变化的效应。如图1-2所示，InP量子点的表面原子数随着粒径的减小而增大，表面配位原子不足导致表面形成众多的悬空键和不饱和键[41]。表面悬空键和不饱和键可以成为量子点表面缺陷中心，捕获光生载流子，从而降低量子点的发光性能。研究表明，表面有机配体在显著提升量子点发光性能的同时，对纳米材料形貌的调控也起着至关重要的作用。通过表面配体的调控，纳米半导体材料可以呈现出量子点、量子棒和量子碟等不同的形貌[42-44]。因此，量子点表面修饰是一项重要的研究课题[32,45,46]。与此同时，高表面活性的优势使量子点在催化领域具有良好的应用前景[47-49]。1.2.3量子隧道效应量子隧道效应是指微观粒子具有能够贯穿势垒的能力。如图1-3所示，当粒子总能量小于势垒高度时，粒子所辐射的电磁波依然能够穿过这个势垒到达下一个势阱，电子运动将会出现明显的波动，从而产生量子隧道效应[50,51]，量子隧道效应是微电子领域的重要理论基矗
华南理工大学硕士学位论文4图1-3量子隧道效应示意图Figure1-3Schematicofquantumtunnelingeffect1.3量子点的光谱性质在关注量子点众多优良光学性质的同时，研究人员也越来越注重探讨量子点光电性质背后的光学机理，光谱表征为人们研究量子点的发光机理提供了极大的便利。常见的光谱表征方法有：紫外-可见吸收光谱（UV-visibleabsorptionspectrum）、稳态荧光光谱（Steadystatefluorescencespectrum）和瞬态荧光光谱（Transientfluorescencespectrum）等。1.3.1紫外-可见吸收光谱紫外-可见吸收光谱原理：当量子点吸收一定能量的光子后，电子将由基态变成激发态，由于量子限域效应导致电子能级离散化，电子只能在特定的能带之间发生跃迁，因而在紫外-可见吸收光谱上表现出由众多吸收峰组成的吸收带，其中每个吸收峰对应一个激子跃迁能级。能级越高态密度越大，所以吸收光谱在短波方向具有更大的吸收强度。通过紫外-可见吸收光谱，研究人员可以对量子点的电子能级等性质进行深入地研究。Peng等[24]通过高温热注射法制备了不同粒径的CdTe、CdSe、CdS量子点，紫外-可见吸收光谱显示（图1-4（a）），量子点相比体相材料具有更大的带隙宽度。由此可见，CdTe、CdSe和CdS量子点具有很强的量子限域效应。之后，Peng等[52]总结得出了CdTe、CdSe和CdS量子点的粒径与其第一激子吸收峰位置的数量关系，使研究人员可以通过光谱较为准确地预测量子点粒径的大小（图1-4（b））。
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子点标记的生物实时动态示踪成像研究进展[J]. 王洋,邓玉林,庆宏,谢海燕. 高等学校化学学报. 2008(04)
[2]量子点在肿瘤研究中的应用[J]. 陈良冬,李雁,袁宏银,庞代文. 癌症. 2006(05)
本文编号：3392520
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
量子点能级与尺寸关系示意图[40]
第一章绪论31.2.2表面效应图1-2InP表面原子占比随粒径的变化[41]Figure1-2VariationoftheproportionofsurfaceatomstototalatomsinInPwithdifferentdiameters[41]表面效应是指纳米半导体颗粒表面原子数随粒径的减小而急烈增大，引起纳米半导体材料物理、化学性质变化的效应。如图1-2所示，InP量子点的表面原子数随着粒径的减小而增大，表面配位原子不足导致表面形成众多的悬空键和不饱和键[41]。表面悬空键和不饱和键可以成为量子点表面缺陷中心，捕获光生载流子，从而降低量子点的发光性能。研究表明，表面有机配体在显著提升量子点发光性能的同时，对纳米材料形貌的调控也起着至关重要的作用。通过表面配体的调控，纳米半导体材料可以呈现出量子点、量子棒和量子碟等不同的形貌[42-44]。因此，量子点表面修饰是一项重要的研究课题[32,45,46]。与此同时，高表面活性的优势使量子点在催化领域具有良好的应用前景[47-49]。1.2.3量子隧道效应量子隧道效应是指微观粒子具有能够贯穿势垒的能力。如图1-3所示，当粒子总能量小于势垒高度时，粒子所辐射的电磁波依然能够穿过这个势垒到达下一个势阱，电子运动将会出现明显的波动，从而产生量子隧道效应[50,51]，量子隧道效应是微电子领域的重要理论基矗
华南理工大学硕士学位论文4图1-3量子隧道效应示意图Figure1-3Schematicofquantumtunnelingeffect1.3量子点的光谱性质在关注量子点众多优良光学性质的同时，研究人员也越来越注重探讨量子点光电性质背后的光学机理，光谱表征为人们研究量子点的发光机理提供了极大的便利。常见的光谱表征方法有：紫外-可见吸收光谱（UV-visibleabsorptionspectrum）、稳态荧光光谱（Steadystatefluorescencespectrum）和瞬态荧光光谱（Transientfluorescencespectrum）等。1.3.1紫外-可见吸收光谱紫外-可见吸收光谱原理：当量子点吸收一定能量的光子后，电子将由基态变成激发态，由于量子限域效应导致电子能级离散化，电子只能在特定的能带之间发生跃迁，因而在紫外-可见吸收光谱上表现出由众多吸收峰组成的吸收带，其中每个吸收峰对应一个激子跃迁能级。能级越高态密度越大，所以吸收光谱在短波方向具有更大的吸收强度。通过紫外-可见吸收光谱，研究人员可以对量子点的电子能级等性质进行深入地研究。Peng等[24]通过高温热注射法制备了不同粒径的CdTe、CdSe、CdS量子点，紫外-可见吸收光谱显示（图1-4（a）），量子点相比体相材料具有更大的带隙宽度。由此可见，CdTe、CdSe和CdS量子点具有很强的量子限域效应。之后，Peng等[52]总结得出了CdTe、CdSe和CdS量子点的粒径与其第一激子吸收峰位置的数量关系，使研究人员可以通过光谱较为准确地预测量子点粒径的大小（图1-4（b））。
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子点标记的生物实时动态示踪成像研究进展[J]. 王洋,邓玉林,庆宏,谢海燕. 高等学校化学学报. 2008(04)
[2]量子点在肿瘤研究中的应用[J]. 陈良冬,李雁,袁宏银,庞代文. 癌症. 2006(05)
本文编号：3392520
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3392520.html
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