本文關(guān)鍵詞：Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體CdTe低維量子結(jié)構(gòu)的光電性質(zhì)研究

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【摘要】：半導(dǎo)體量子點(diǎn)因其區(qū)別于體材料的特殊性質(zhì)而被廣泛研究,在過去的幾十年一直是科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的制備方法簡(jiǎn)單,熒光效率高,光發(fā)射帶較窄,發(fā)光波長(zhǎng)由尺寸調(diào)控,廣泛地應(yīng)用于光電器件、生物標(biāo)簽等方面。CdTe量子點(diǎn)是Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的一種,它的發(fā)光波長(zhǎng)幾乎覆蓋了整個(gè)可見光范圍(400-760nm)。CdTe量子點(diǎn)的水相制備法成本低,環(huán)境友好,對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求低,粒子的表面化學(xué)性質(zhì)易得到控制,因而對(duì)CdTe低維材料的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文著重對(duì)CdTe量子點(diǎn)與納米棒的顯微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和CdTe量子點(diǎn)的電致發(fā)光性質(zhì)等進(jìn)行了研究,主要的研究結(jié)果如下：(1)采用水相法合成了CdTe量子點(diǎn)。量子點(diǎn)表面由巰基乙酸包裹,減少了可能出現(xiàn)的Cd2+懸掛鍵,提高了熒光效率。我們通過高分辨透射電子顯微鏡表征觀測(cè)到量子點(diǎn)的晶格結(jié)構(gòu),并估算出其直徑大約為5nnm。通過不同生長(zhǎng)時(shí)間樣品的吸收?qǐng)D譜,我們發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)的吸收峰位相比于CdTe體材料有明顯藍(lán)移,而且可以推斷隨著生長(zhǎng)時(shí)間增長(zhǎng),量子點(diǎn)的尺寸變大,帶隙減小。在生長(zhǎng)量子點(diǎn)的步驟中稍作修改,加入L-半胱氨酸鹽酸鹽到Cd2+前驅(qū)體中,我們用同樣的方法制備了CdTe納米棒。通過透射電子顯微鏡觀測(cè)到已生成的CdTe納米棒,并估算出其長(zhǎng)度約為250nm,直徑約為20nm。通過高分辨透射電子顯微鏡可以觀測(cè)到量子點(diǎn)沿著特定晶向的連接,證明了實(shí)驗(yàn)理論的正確性。通過量子點(diǎn)溶液與添加L-半胱氨酸鹽酸鹽的溶液熒光光譜的對(duì)比,我們觀測(cè)到了后者熒光峰位的明顯紅移,表明有CdTe納米棒生成。對(duì)PL峰位于550nm、603nm和610nnm的三種納米棒樣品進(jìn)行PLE測(cè)量,其圖譜大致呈現(xiàn)出兩個(gè)峰,該現(xiàn)象可歸因于維結(jié)構(gòu)的納米棒在長(zhǎng)度方向和直徑方向都有吸收。(2)研究了CdTe量子點(diǎn)熒光增強(qiáng)的兩種方式：表面鈍化與金屬納米顆粒的表面等離激元共振增強(qiáng)效應(yīng)。我們采用與CdTe晶格結(jié)構(gòu)類似的CdSe作為殼層包裹在CdTe量子點(diǎn)表面,制備出CdTe/CdSe量子點(diǎn),對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行的透射電子顯微鏡表征顯示量子點(diǎn)尺寸均一,核殼結(jié)構(gòu)包裹完好。CdSe殼層使量子點(diǎn)表面懸掛鍵和缺陷鈍化,減小了非輻射復(fù)合的幾率,增加了CdTe量子點(diǎn)的熒光效率,從而使其熒光增強(qiáng)。從CdTe/CdSe量子點(diǎn)與CdTe量子點(diǎn)的熒光峰的對(duì)比圖可以算出,包裹殼層后的量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度增大了約一倍。將CdTe量子點(diǎn)與Au納米顆粒結(jié)合在一起形成復(fù)合薄膜,可以使量子點(diǎn)熒光得到增強(qiáng)。我們利用Au薄膜在Si襯底上快速熱退火的方式得到了Au納米顆粒,通過掃面電子顯微鏡表征獲得了表面形貌圖,并估算出Au納米顆粒的直徑大約為300nm。將Si片上的Au薄膜在400℃、500℃、600℃退火,再覆蓋CdTe量子點(diǎn),制備出Au納米顆粒與CdTe量子點(diǎn)的復(fù)合薄膜。對(duì)比不同退火溫度以及沒有Au納米顆粒樣品的光致發(fā)光圖譜,我們發(fā)現(xiàn)退火溫度600℃下的Au納米顆粒對(duì)CdTe量子點(diǎn)薄膜的熒光增強(qiáng)效應(yīng)最顯著,比未與Au納米顆粒復(fù)合的CdTe量子點(diǎn)薄膜的光致發(fā)光增強(qiáng)了約一倍。(3)制備了以CdTe/CdSe量子點(diǎn)為發(fā)光層的電致發(fā)光原型器件,對(duì)器件各層材料的能級(jí)、發(fā)光原理、電致發(fā)光特性等方面進(jìn)行了探究。根據(jù)器件自下而上的ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/ZnO/Al結(jié)構(gòu)繪制了各層的能級(jí)圖,分析了器件的工作過程。對(duì)器件進(jìn)行電致發(fā)光測(cè)量得到其發(fā)光圖譜,并發(fā)現(xiàn)當(dāng)工作電壓在9-16V的范圍內(nèi)增加時(shí),發(fā)光強(qiáng)度逐漸增大。觀測(cè)到器件的電致發(fā)光峰較量子點(diǎn)的光致發(fā)光峰稍有紅移,分析得出是受斯塔克效應(yīng)影響。繪制了器件的Ⅰ-Ⅴ特性曲線,得出器件的開啟電壓為9V,開啟電壓下的電流密度為20mA/cm2。我們通過對(duì)空穴傳輸層和電子傳輸層材料的選取規(guī)則的探究,大致了解了器件存在的不足。最后,我們總結(jié)了該器件存在的一些顯著優(yōu)點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.25

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