發(fā)布時間：2017-11-05 19:29

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

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【摘要】：半導體量子點因其區(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。Ⅱ-Ⅵ族半導體量子點的制備方法簡單,熒光效率高,光發(fā)射帶較窄,發(fā)光波長由尺寸調(diào)控,廣泛地應(yīng)用于光電器件、生物標簽等方面。CdTe量子點是Ⅱ-Ⅵ族半導體量子點的一種,它的發(fā)光波長幾乎覆蓋了整個可見光范圍(400-760nm)。CdTe量子點的水相制備法成本低,環(huán)境友好,對實驗條件的要求低,粒子的表面化學性質(zhì)易得到控制,因而對CdTe低維材料的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文著重對CdTe量子點與納米棒的顯微結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)和CdTe量子點的電致發(fā)光性質(zhì)等進行了研究,主要的研究結(jié)果如下：(1)采用水相法合成了CdTe量子點。量子點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到量子點的晶格結(jié)構(gòu),并估算出其直徑大約為5nnm。通過不同生長時間樣品的吸收圖譜,我們發(fā)現(xiàn)量子點的吸收峰位相比于CdTe體材料有明顯藍移,而且可以推斷隨著生長時間增長,量子點的尺寸變大,帶隙減小。在生長量子點的步驟中稍作修改,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到已生成的CdTe納米棒,并估算出其長度約為250nm,直徑約為20nm。通過高分辨透射電子顯微鏡可以觀測到量子點沿著特定晶向的連接,證明了實驗理論的正確性。通過量子點溶液與添加L-半胱氨酸鹽酸鹽的溶液熒光光譜的對比,我們觀測到了后者熒光峰位的明顯紅移,表明有CdTe納米棒生成。對PL峰位于550nm、603nm和610nnm的三種納米棒樣品進行PLE測量,其圖譜大致呈現(xiàn)出兩個峰,該現(xiàn)象可歸因于維結(jié)構(gòu)的納米棒在長度方向和直徑方向都有吸收。(2)研究了CdTe量子點熒光增強的兩種方式：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量子點表面,制備出CdTe/CdSe量子點,對該結(jié)構(gòu)進行的透射電子顯微鏡表征顯示量子點尺寸均一,核殼結(jié)構(gòu)包裹完好。CdSe殼層使量子點表面懸掛鍵和缺陷鈍化,減小了非輻射復合的幾率,增加了CdTe量子點的熒光效率,從而使其熒光增強。從CdTe/CdSe量子點與CdTe量子點的熒光峰的對比圖可以算出,包裹殼層后的量子點的熒光強度增大了約一倍。將CdTe量子點與Au納米顆粒結(jié)合在一起形成復合薄膜,可以使量子點熒光得到增強。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,制備出Au納米顆粒與CdTe量子點的復合薄膜。對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CdTe量子點薄膜的熒光增強效應(yīng)最顯著,比未與Au納米顆粒復合的CdTe量子點薄膜的光致發(fā)光增強了約一倍。(3)制備了以CdTe/CdSe量子點為發(fā)光層的電致發(fā)光原型器件,對器件各層材料的能級、發(fā)光原理、電致發(fā)光特性等方面進行了探究。根據(jù)器件自下而上的ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/ZnO/Al結(jié)構(gòu)繪制了各層的能級圖,分析了器件的工作過程。對器件進行電致發(fā)光測量得到其發(fā)光圖譜,并發(fā)現(xiàn)當工作電壓在9-16V的范圍內(nèi)增加時,發(fā)光強度逐漸增大。觀測到器件的電致發(fā)光峰較量子點的光致發(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。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.25

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