自组织量子点的瞬态光谱性质研究

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利用X射线衍射分析自组织生长的量子点结构

利用X射线衍射分析自组织生长的量子点结构
在 .对 于 样 品 S 量 子 点 可 以 看 成 一 种 夹 层 结 构 ,
等 优 点 , 以 理 所 当 然 成 了 测 试 量 子 点 结 构 参 量 所 有 力 的 工 具 , 其 衍 射 结 果 物 理 图 象 不 直 观 的缺 但 点 导 致 从 衍 射 数 据 来 分 析 样 品 的 结 构 参 量 就 显 得 比较 困 难 .本 文 应 用x 射 线 衍 射 的 运 动 学 理 论 并结 合 傅 里 叶变换 模 型 , 过数 值模 拟 计算 , 经 得 到 了量 子 点 样 品 的 结 构 参 量 , 得 以后 分 析 实 验 使
征 温 度 7。 量 子 点 激 光 器 尤 其 对 于 新 型 光 电 ’的 ,
器 件 有 广 阔 的应 用 前 景 . 目前 制 备 量 子 点 最 有 前 途 的 方 法 是 利 用 S r n k— a t n w ( K) ta s i Kr sa o S 生 长 模 式 发 展 的 应 变 自组 织 量 子 点 生 长 方 法 S .K
生 长 模 式 适 用Байду номын сангаас于 品 格 失 配 比 较 大 , 表 面 、 面 但 界
能 不 是 很 大 的异 质 结 材 料 体 系 . 量 子 点 和 超 晶 格 、 子 线 一 样 , 结 构 参 量 量 其 决定 了其本 身 的 电、 和 磁学 特 性 , 光 因此 研 究 量 子 点 的 结 构 参 量 同 样 是 一 项 重 要 的 工 作 .而 且 由 于量 子 点 的 本 身 特 点 ( , 布 不 均 ) 因 此 其 小 分 , 结 构 参 量 的 确 定 更 是 一 项 艰 巨 的 任 务 .高 分 辨 率 x 射 线 衍 射 相 对 于 TE , M , TM 等 直 观 M AF S

不同厚度CdSe阱层的表面上自组织CdSe量子点的发光性质

不同厚度CdSe阱层的表面上自组织CdSe量子点的发光性质
CS d e阱层表 面 上 生 长 , 后 生 长 5 m 的 Z S 最 0n ne
激光器以来 , 近十年来 特别 是对 自组织 的 C S— de Z S 复合结构材料的研究掀起 了一股热潮 [ 1 。 ne 73 -] 本文采用 sK模式制取了 C S—ne — deZS 复合结构材 料, 并在不同厚度的 C S 阱层表面上获得 了自组 de 织 C S 量子点结构材料。利用变温稳态光谱 , de 变
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第2 8卷
第 5期
发 光 学 报
CHI NES J E OURNAL UM I OF L NES CENCE
V 12 No 5 0. 8 . Oc . 0 7 t ,2 0
20 0 7年 1 O月
文章编号 :10 -02 20 )50 2 -6 0 07 3 (0 7 0 -740
的态填 充效 应 。对 自组织量 子 点 的激 子特 性 的研 究 , 以对 自组 织量 子 点 的生 长有 一 定 的指 导 作 可 用 ; 过对 Z S 中不 同 C S 通 ne基 de阱层 厚 度 的表 面 上 自组 织 C S 量 子点 的发 光 比较 , de 观察 到了量子 点 发光 的较 大差 异 , 而得 到 了 C S 从 de阱层 的厚度 直 接影 响应 变 弛豫 的效 果 。
P CC: 2 0 ; 8 5 A 3 5 F 7 5 文献标识码 : A
中图分类号 :0 8 .1 4 2 3
1 引

功率 激发谱 的测量 技术 , 统地研究 了 自组 织 系 C S 量子点的发光特性 , de 观测 了其随温度变化而 变化的激子复合过程以及在低温下变激发功率时
连的 C D探测器检测。利用 A D闭循环致冷系 C P

量子点 荧光光谱

量子点 荧光光谱

量子点荧光光谱
量子点(Quantum Dots,QDs)是一种具有独特光学性质的纳米材料,它们的荧光光谱具有很好的可控性,因此被广泛应用于生物标记、光学成像、光电子器件等领域。

量子点的荧光光谱可以通过改变其尺寸和化学组成来调控,其发射光谱范围覆盖整个可见光区域。

由于量子点具有较大的斯托克斯位移,其激发光谱与发射光谱之间不会发生重叠,因此可以实现一元激发,多元发射,且多色量子点间不出现光谱交叠。

在实验中,我们可以通过改变量子点的激发波长来研究其荧光光谱特性。

例如,在实验三中,碳量子点的最佳激发波长为310nm和340nm,最佳发射波长为500nm。

此外,我们还可以研究不同金属离子对碳量子点荧光强度的影响,以及不同pH环境下碳量子点的荧光效果。

总之,量子点免疫荧光技术(QD-IHC)是一种基于抗原-抗体特异性结合原理的检测技术,通过量子点标记特异性抗体作为探针,检测组织或细胞中的抗原性物质。

该技术具有高灵敏度和高特异性,已经在生物医学领域得到了广泛应用。

光致发光谱研究自组织InAs双模量子点态填充

光致发光谱研究自组织InAs双模量子点态填充

子 捕 获 的影 响 。
1 实

样 品是利用 固态 源分子束 ( ie,cmp c 2 ) Rb r o at 1 外延 生长 的 ,
首先在 5 0℃下对半绝缘 G As0 1 衬底进行脱 氧 ,50℃ 8 a (0 ) 6 下生长 了 Ga 缓 冲层 20n l As 0 l,接着在 5 0℃下 , T 0 生长厚 度


采用固态源分子束 外延 技术在 G As 10 衬底上 ,制备 了 IA 量子点 ,对样 品进 行原子力显微镜 a (0) ns
测试 , 统计结果表 明量子点尺寸呈双模分布 。光致发 光谱研究表 明 , 室温和 7 在 7K下 ,小量子 点的发光 峰
均 占主导地位 , 因可能是 :( ) 原 1大量子点的态密度小于小量子点 ;( ) 2 捕获载流子速率 ,大量子点小 于小 量 子点 ;() 3 大量子点与盖层存在较大 的应变势垒和 可能 出现 的位错和缺 陷,导致温 度变化引起 载流子从小 尺
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第 2 卷 , 1 期 7 第 1
2007年 11月
光 谱






V 1 7N .1p 27—11 o 2 , o1,p 1828 .
No e e ,2 0 v mb r 0 7
S e t o c p n p c r lAnay i p c r s o y a d S e ta lss
量子点样品进行 了形貌 测 试 。图 1给 出 了 1f m×1p a n的
本文通过对 G A (O ) 底上制备 的 自组 织 IAs a s10衬 n 双模
IAsGa 量子点 形 貌 图 。对 AF 结 果 进行 统 计分 布 , n / As M

关于量子点的相关知识综述

关于量子点的相关知识综述

关于量子点的相关知识综述量子点(Quantum Dots)是指粒子直径尺寸小于激子波尔半径且具有明显量子效应的半导体纳米结构,也被称作半导体纳米晶。

它既可以由一种半导体材料制成,例如由Ⅱ-Ⅵ族元素(CdTe、CdS、ZnSe、CdSe等)或Ⅲ-Ⅴ族元素(InAs、InP等)组成,也可以由两种及两种以上的半导体纳米材料组成。

作为一种新型的半导体纳米材料,量子点具有很多优良的特性。

1.量子点的性质(1)量子点的发射光谱能够通过改变量子点的粒子尺寸大小来控制。

通过改变量子点的化学组成成分和粒径大小能够使其发射光谱遍布整个可见光区。

利用量子点的这一性质可以制备荧光光谱特征不同的量子点。

(2)量子点有着很好的光稳定性相比于传统的荧光试剂。

量子点的荧光强度和稳定性比起传统有机荧光材料罗丹明6G强好几十倍以上。

因此量子点在生物标记方面有着广泛的应用,为研究长期相互作用的分子之间提供了重要的作用。

(3)量子点同时具有宽且连续的激发光谱和窄的发射光谱。

利用同一激发光源即可对不同尺寸的量子点进行同步检测,因此可以用作多色标记,极大地促进和发挥了荧光标记的应用。

(4)量子点具有较大的期托克斯位移[8]。

期托克斯位移(Stokes shift)是指量子点的最大紫外吸收峰位与荧光发射峰位所对应的波长之间的差值。

量子点的另一个优异的光学性质就是其具有宽的期托克斯位移,这是量子点显著的光谱特性,这样可以避免发射光谱与激发光谱的重叠,有利于荧光光谱信号的检测。

图1 斯托克斯位移示意图(5)量子点有着极好的生物相容性。

量子点经过各种化学修饰以后,不但能够提高它的光稳定性和量子产率[9, 10],而且有利于进行特异性结合,另外其毒性较低,对其他生物体的危害小,可以进行生物活体的标记和检测。

(6)量子点具有很长的荧光寿命。

量子点的荧光寿命可持续数十纳秒,相比于有机荧光染料的寿命几纳秒[11]长很多,当进行光激发以后,多数物质的自发荧光会发生衰变,而量子点的荧光却依旧存在,此时即可采集到无背景干扰的荧光信号。

量子点光谱性质研究

量子点光谱性质研究

量子点光谱性质研究量子点是一种具有特殊光学性质的纳米材料,具有在纳米尺度下的量子效应,因此在光学领域具有广泛的研究价值。

本文将介绍量子点的光谱性质以及相关的研究进展。

首先,量子点的光谱性质主要表现在其荧光光谱和吸收光谱中。

量子点材料由于其粒子尺寸的限制,导致其能带结构发生量子约束,从而使其带隙能量量化,能够发射特定波长的荧光。

量子点的荧光峰可以通过调控其尺寸来实现在可见光波段(如蓝、绿、红光)和近红外波段的发射。

这种尺寸调控使得量子点在多彩显示、荧光探针、生物成像等领域具有重要应用价值。

其次,量子点的吸收光谱也与其尺寸有关。

较小尺寸的量子点能够吸收较高能量的光子,具有较宽的吸收峰。

而较大尺寸的量子点则对应较低能量的光子吸收,具有较窄的吸收峰。

这种尺寸相关的吸收特性使得量子点在太阳能电池、光催化和光电探测等能源和光电器件中应用广泛。

此外,量子点的光谱性质还与其表面的化学修饰和配体有关。

量子点通常使用表面有机分子来进行修饰,以实现其分散性的提高和生物兼容性的改善。

这些有机分子还可以调控量子点的光学性质,如改变其荧光强度、荧光寿命和量子产率等。

通过合成不同结构的有机分子,还可以实现分子传感、生物标记和药物释放等应用。

最近,一些研究者还探索了量子点与其他材料的界面耦合效应。

例如,在量子点与金属纳米颗粒的界面上,可以实现表面等离激元共振效应,从而增强荧光强度。

此外,将量子点与有机半导体材料界面结合,可以实现电荷转移和电子传输,为有机量子点太阳能电池的研究提供了新思路。

总结起来,量子点的光谱性质研究涉及到其荧光光谱和吸收光谱的调控、表面化学修饰和界面耦合效应等方面。

这些研究不仅对于了解量子点的基本特性有重要意义,也为其在荧光显示、生物成像、能源转换等领域的应用提供了理论指导和技术支持。

量子点的制备和性质分析

量子点的制备和性质分析

量子点的制备和性质分析量子点是一种非常微小的结构单元,其大小通常只有数纳米。

它们表现出奇妙的物理、化学和电子学特性,已经成为材料科学领域中的重要研究对象。

在本文中,将介绍量子点的制备方法以及其性质分析方法。

一、制备量子点1. 气相法:通过在高温下将金属蒸发在气体环境中,使得金属原子被激发并逐渐形成均匀的量子点。

2. 溶液法:通过化学还原法、气溶胶-溶液合成法或电化学合成法等方法,在适当的反应条件下,将金属离子还原为金属原子,进而形成均匀的量子点。

3. 固相法:通过在金属纳米粉末表面进行原位还原反应或在热处理时诱发金属原子挤压成量子点,实现量子点制备。

4. 生物法:利用生物分子中的天然生物多酚、酸、碱和氨基酸等对金属离子的还原作用,在适当的 pH 值下形成均匀的量子点。

以上四种方法中,溶液法被广泛应用,因为通过溶液法制备的量子点具有尺寸均匀性高、处理简便、成本低等优点。

在实际应用中,通过控制化学反应条件,可以调节量子点的尺寸、形貌和能带结构,满足不同应用需要。

二、量子点的性质分析方法1. 光谱分析:通过光学吸收光谱和荧光光谱分析技术,可以研究量子点的吸收能带和激发能带,探究量子点的光物理和能带结构特征,为量子点的应用提供基础数据。

2. 结构分析:采用 X 射线衍射、高分辨透射电镜和扫描电子显微镜等技术手段,研究量子点的晶体结构、尺寸、形貌和表面特性,为进一步优化量子点的制备和应用提供指导。

3. 电学性质分析:通过场电子发射、电导和电容等电学测量技术,可以探究量子点电子态密度、带隙能量、电子迁移率和载流子寿命等电学性质,为量子点在光电子学和光电器件领域中的应用提供支撑。

4. 性能测试:利用荧光对比度、共振能量转移、荧光稳定性、光量子产率、时钟刻度、色纯度等量子点特有的性能指标,来评估量子点应用效果。

以上技术手段在量子点的研究中是至关重要的,并且这些方法也可以结合使用,以获得更加深入全面的信息。

三、结论量子点具有尺寸尺度小、表现出深奥的物理学特性、卓越的光电性能等优势,已经成为当代材料科学研究的热点。

(973标书)量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现

(973标书)量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现

项目名称:量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现首席科学家:起止年限:2011.1至2015.8依托部门:中国科学院二、预期目标本项目的总体目标是实现若干量子通信网络和量子仿真关键器件。

通过系统的研究各个物理体系在实现量子信息过程中的基本物理问题,为量子信息的实用化找到一条切实可行的道路,同时完善现有的实验研究平台,磨炼和造就一支国际先进水平研究队伍。

我们希望在通信波段的量子光源的实现与应用,多光子操控,量子精密测量,网络量子信息过程,光学微腔量子信息器件的加工与操控以及量子仿真的理论与实验等方面作出若干国际领先的有显示度的成果。

五年的预期目标:1.研制基于量子点发射的通信波段非经典光源原型器件,并利用这些器件进行量子通信网络化、长程化的各种基本问题的研究,如信道的非马尔科夫性、信道的波分复用等。

完成基于量子点中自旋态的量子控制的原理性验证。

2.完成八光子通信复杂度实验;提高多光子干涉的过程保真度;可能实现逼近或达到海森堡极限的高精度量子测量实验;研制二维网络纠缠光源原型器件,建立一个可用于研究网络量子信息过程的有一定规模的量子网络平台。

3.掌握基于微纳光学腔的可集成化量子仿真中的核心技术和并实现其中的关键操作,如实现光腔中单量子体与腔模强耦合;实现对光子态或者原子能级态的量子相干操纵;制备由多个光学腔构成的光学腔阵列,并实现其中两个耦合腔体系的相互作用。

4.在具有可集成性的量子系统芯片式设计和调控,强关联模型的量子仿真和量子奇异相探测以及在基于量子信息的算法研究、量子相变和量子纠缠的理论方面获得若干重要的进展。

我们预期在国际高水平杂志上发表论文100篇以上,培养博士生30名左右。

三、研究方案一、研究方案本项目将利用光子及光子与固态物质相互作用过程,拟在量子通信网络和量子仿真的关键性技术上取得突破。

在量子信息物理实现方面,各种物理体系具有不同特点。

不同的量子比特系统相对于不同的量子信息实现过程具有不同的长处和不足,如光学有利于量子信息传播;固态系统有利于器件的集成和信息的定域化存储;而在高品质的微腔中光与原子的相互作用有利于实现量子信息的操纵。

量子点

量子点

半导体量子点材料的制备技术
可以看出用这种方法制 备量子点尺寸均匀、具 有严格的对称性。但是 用这种方法制备的量子 点受光刻水平的限制, 不可能刻蚀出更小的量 子点。于是人们利用高 分辨率聚焦电子、离子 束、X射线代替光束对材 料进行刻蚀,从而制备 出线宽更小的量子线和 量子点。利用这种方法 原则上可以制备最小特 征宽度为10nm左右的结 构。表1给出了这一技术
半导体量子点的主要性质
假设某时刻电子通过样品时只有两条路径,那麽由两个波函 数叠加得到的几率分布为:
当样品的尺寸远大于状态相干长度时,电子会遭受非弹性 散射,上式最后一项的平均值为零;如果样品尺寸与相位相干长 度同一量级,交叉项就会有一比值,由于通过不同路径时遇到杂 质的情况不同,所以此值随机变化. 如果在样品的两端放置两 个探头,理论上来说就能够测量到干涉结果,这就是量子干涉现 象. 所以在相位相干长度内,载流子所输运的电流不仅与其速
国内外所达到的水平”。 用光刻技术在Si衬底上制备GaAs量子点的示意图
半导体量子点材料的制备技术
国内外量子点细微加工水平
方法
国外
国内
X-ray光刻技术 最小线度80nm, 0.8~1.0μm 接触曝光 10nm
电子束光刻技 术
束斑直径 实现70nm图形,
Φ<1nm,采
一般为
用PMMA胶已 100~200nm
半导体量子点的主要性质
(a)半导体材料受限维 度变化的示意图;
(b)半导体材料受限维 度对电子态密度影 响的示意图。
(1)体相半导体; (2)量子阱;(3) 量子线;(4)量 子点。
半导体量子点的主要性质
对于纳米半导体颗粒(量子点),由于 三维限域作用,其载流子(电子、空穴)在 一个类似于准零维的量子球壳中运动,相应 的电子结构也从体相连续能带变成分裂的能 级。下图 是半导体材料从体相到量子点电子 结构变化示意图。三维限域作用导致电子和 空穴的动能增加, 使原来的能隙增大,从而使 光学吸收边蓝移。

量子点材料PPT课件

量子点材料PPT课件
多重激子效应(Multiple Exciton Generation, 简称MEG)可通过一个光子能量产生多个激子或 电子空穴对,更加有效的利用太阳能
.
11
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12
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13
量子点的种类
C量子点 一元量子点
量子点
二元量子点
Si量子点 不含重金属的量子点(ZnO、SiO2)
含重金属的量子点(CdS、PbS等)
主要是将有机金属前驱体溶液注射进高温配体 溶液中,前驱体在高温条件下迅速热解并成核,接 着晶核缓慢生长为纳米晶(简称 TOP/TOPO 法)。
前驱体:二甲基镉 三辛基硒(碲、硫)磷
配体: 三辛基氧磷(TOPO)
注入
高温 (200-600℃)
CdTe量子点
.
20
有机合成量子点示意图
.
21
这种方法缺点巨大
量子点具有很好的光稳定性。量子点的荧光强度 比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍, 它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因此, 量子点可以对标记的物体进行长时间的观察,这 也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提供的激发光谱和窄的发射光谱。使用 同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行 同步检测,因而可用于多色标记,极大地促进了 荧光标记在中的应用。此外,量子点具有窄而对 称的荧光发射峰,且无拖尾,多色量子点同时使 用时不容易出现光谱交叠。
量 子 点 制 备 通 常 分 为 top-down 和 bottom-up 两类,前者在晶体表面蚀刻而成, 有立足于组成器件的优势;后者来自于化学 制备,粒径和界面可由反应条件控制,界面 还可以连接不同的化学基团,易于自组织, 这种特点使它在生物体系标记方面大有所为 成为可能。
.

在量子阱中自组织量子点结构GaN/AlxGa1—xN 的电子能谱

在量子阱中自组织量子点结构GaN/AlxGa1—xN  的电子能谱
的 电子 能谱 *
刘承师 马本垄 王立民
( 京 师 范 大 学 物 理 系 和 理 论 物 理 研 究 所 ,北 京 1 0 7 ) 北 0 8 5
摘 要 : 在 有 效 质 量 近 似 框 架 内 , 用 绝 热 近 似 , 算 了 在 量 子 阱 中 Ga AI lx 自组 织 量 子 点 系 统 的 电 子 结 构 采 计 N/ - N Ga 和 光 学 性 质 . 算 表 明 系 统 的 电 子 能 级 随 量 子 点 受 限 势 的 增 大 而 升 高 , 量 子 点 尺 寸 的 增 大 而 降 低 , 且 量 子 阱 的 计 随 而 宽 度 和 量 子 点 浸 润 层 厚 度 的 增 加 也 会 导 致 能 级 值 有 所 降 低 . 明 结 构 参 数 会 使 在 阱 中 的 量 子 点 的 光 致 发 光 峰 波 长 说
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第 2 3卷 第 1 O期
20 0 2年 1 O月





Vo1 23, o.1 . N 0 O c ., 20 t 02
CH I NESE J OU RNAI OF SEM I CO NDU CTORS
在 量 子 阱 中 自组 织 量 子 点 结 构 Ga AI l N/ — N Ga
结 构 设 计 的 Ga 量 子 点 激 光 器 有 望 实 现 短 波 长 、 N 高 发 光 效 率 、 功 率 、 阈值 电 流 及 阈值 电 流对 温 度 不 大 低 敏 感 [ 特性 . 1 等 卜” 目前 , 经 对 I As量 子 点在 I l / As 已 n n Ga一As Ga 量 子 阱 中 材 料 的 DWEL 结 构 进 行 了 大 量 研 究 . I

量子点的制备及其性质

量子点的制备及其性质

量子点的制备及其性质量子点是一种特殊的半导体材料,通常由几十个甚至数百个原子构成,尺寸在1至10纳米之间。

这种特殊材料不同于常规晶体,其电子和光学性质可以通过调整粒子尺寸进行调节,从而展现出了广泛的应用前景。

本文将从量子点的制备及其性质两个方面来探讨这一创新技术的特点。

一、量子点的制备1. 化学合成法化学合成法是制备量子点最常用的方法,其原理是通过化学反应使得前驱体在一定的条件下逐渐形成纳米级的结晶体。

其中的常用前驱体有金属离子、半导体材料等。

合成过程可以通过控制反应时间、温度、反应物浓度等参数来调节粒子尺寸和大小分布,从而影响量子点的电子和光学性质。

2. 激光烧蚀法激光烧蚀法是一种相对较新的量子点制备方法。

它是通过利用激光脉冲的能量高度蒸发原料表面,形成气体聚集体并最终形成量子点。

该方法不仅能够制备出较窄的大小分布,而且还可以调节其表面化学和离子缺陷。

3. 其他制备方法此外,纳米印刷、模板法、离子注入等方法也可以用于量子点的制备。

这些方法各有优缺点,目前尚处于发展阶段,但随着技术的不断进步,这些方法也会成为未来量子点制备的主要手段之一。

二、量子点的性质1. 异质结与能带结构量子点的异质结结构使得它的能带结构与体材料有很大不同,从而赋予了不同于传统半导体的电子和光学性质。

例如,由于量子点尺寸变小,固有电子态的能量间距变大,能级分离增强,自发辐射减弱,从而形成高品质的荧光发射。

2. 发光机制量子点对于不同波长的光的吸收强度与传统荧光染料相比高出数十倍,同时它还响应速度快,逃逸速度慢。

量子点发光机制大致分为激子复合发光和表面诱导荧光两种类型,其中激子复合发光是量子点发光的主要机制。

3. 生物学应用由于量子点发光特性和表面修饰自由度的独特性质,它被广泛应用于生物医学领域。

可以用于调控细胞生长、荧光成像、光动力疗法、多光子显微成像等方面。

在荧光成像方面,量子点比传统荧光染料有着更高的亮度和更长的寿命,其荧光可以稳定地持续几个小时甚至几天,从而有望成为生物学研究中的新工具。

量子点材料的光学特性研究

量子点材料的光学特性研究

量子点材料的光学特性研究随着科技的不断进步,量子点材料在光学领域的研究引起了广泛关注。

量子点材料是一种维度在纳米尺度的半导体材料,其特殊的光学性质使其具有许多潜在应用。

本文将探讨量子点材料的光学特性以及相关的研究进展。

首先,了解量子点材料的光学特性需要了解量子效应的基本原理。

在量子力学中,存在能量的离散化,即只允许取特定的数值。

量子点材料由于尺寸非常小,所以其能量也变得离散。

这种离散化的能量使得量子点材料的电子在受到外部光照射时会出现明显的能带结构。

这也是为什么量子点材料在光学上表现出独特的性质的原因之一。

其次,量子点材料的光学特性是由其禁带宽度和能量态密度所确定的。

禁带宽度是指材料内电子在不同能级之间跃迁所需要的最小能量差异。

在量子点材料中,由于尺寸效应和限制性效应,禁带宽度会显著增加。

这使得量子点材料能够在不同波长范围内吸收和发射光线,从紫外到可见到红外都可以实现。

同时,量子点材料的能量态密度比传统材料更高,因为量子点中有大量的能级可供电子跃迁。

这种高能量态密度使得量子点材料能够实现明亮的发光和高效的光伏效应。

量子点材料的光学特性还与其颗粒尺寸和组成有关。

颗粒尺寸是指量子点材料的直径大小,而组成则是指材料的化学组成和结构。

颗粒尺寸决定了量子点材料的禁带宽度和能带结构,从而影响其吸收和发射光谱的范围。

较小的颗粒尺寸通常对应着更高的禁带宽度和蓝移的光谱,而较大的颗粒尺寸则对应着更低的禁带宽度和红移的光谱。

组成方面,量子点材料可以是单一组分的,也可以是复合材料。

复合材料中引入新的组分可以调节量子点材料的光学性质,如调节光电转换效率、增强光致发光强度等。

因此,通过控制颗粒尺寸和组成,可以实现对量子点材料光学特性的调控和优化。

在实际应用方面,量子点材料在光电器件和生物医学领域有着广泛的应用潜力。

例如,量子点材料可以用于制造高效的光伏材料,用于太阳能电池和传感器等光电器件。

此外,量子点材料还可以用于生物成像和药物输送等传统生物医学领域的应用。

量子点的结构特性与光电性质

量子点的结构特性与光电性质

量子点的结构特性与光电性质量子点是一种微小的半导体结构,具有特殊的结构特性和引人注目的光电性质。

在过去的几十年中,量子点已经吸引了许多研究人员的关注,因为它们对于开发新型电子学器件和光学器件具有巨大潜力。

首先,让我们来了解一下量子点的结构特性。

量子点是三维空间中的纳米尺寸晶体,通常由半导体材料构成。

它们的尺寸约在1到100纳米之间,与光子的波长相当。

量子点的特殊之处在于其所具有的禁带宽度与尺寸直接相关。

由于量子点尺寸的限制,电子和空穴在其中的运动受到限制,导致量子化现象的出现。

量子点的大小和形状可以通过合成方法来精确调控,这使得研究人员能够探索和优化量子点的特性。

量子点的结构特性对其光电性质有着重要影响。

量子点的禁带宽度决定了其能够吸收和发射的光的波长范围。

当光子的能量等于或大于量子点的禁带宽度时,光子会被吸收,激发出电子从价带跃迁到导带。

这种能级跃迁产生的能量差异可以解释量子点的发光特性。

当电子重新回到较低能级时,会发射出具有特定波长和能量的光子,这就是所谓的光致发光。

量子点的尺寸也会影响其荧光光谱特性。

研究表明,较小尺寸的量子点会产生蓝色光,而较大尺寸的量子点会产生红色光。

这是由于量子约束效应造成的。

另外,量子点的表面结构也会对其光电性质产生影响。

量子点表面的化学官能团和表面态对电子的能级分布和载流子的迁移起着重要作用。

量子点具有独特的光电性质,在科学研究和工业应用中发挥着重要的作用。

在显示技术中,量子点可以用于增强液晶显示器的色彩饱和度和亮度。

通过在量子点上涂覆适当的聚合物材料,可以制备出高效的量子点发光二极管(QLED),用于照明和显示应用。

此外,量子点还可以应用于光催化和光伏领域,利用其光电转换性质来提高太阳能电池的效率。

尽管量子点的特性已经得到了广泛的研究和认识,但还有许多挑战需要克服。

例如,合成高质量的量子点和控制其分布和排列仍然是一个挑战。

此外,量子点的稳定性和可靠性也需要进一步的研究和改进。

ZnS包覆的CdSe量子点的荧光光谱特性研究

ZnS包覆的CdSe量子点的荧光光谱特性研究

半导体量子点在积极研究中. Ⅱ~Ⅵ族量子点 中, 在 以化学方法制备的 C S 量子点最为著名. de 随着合成
方 法 的改 进 ,d e 子点 的尺 寸 已能得 到精 确 控 制 , 过 改 变量 子 点 的尺 寸 ,AS 子 点 的发 射 波 长 可 CS量 通 C e量 以覆 盖从蓝 到 红 的很 大 光谱 范 围. 用有 机 和无 机包 覆层 对 C S 量 子 点 的壳 层进 行 修 饰 , 以 消除 由于 利 de 可
要求其具有较高的发光稳定性和发光效率 , 因此量子点光谱稳定性 的研究具有非常重要 的意义.
影 响量 子点 发 光稳 定性 的 因素众 多 , 目前 有许 多 报道 , 量子 点用 于生 物标 签 时溶 液 的 p 值 对 光谱 如 H
的影响_ ; 同气体环境( 7不 如氧气 、 水蒸气 、 惰性气体等) 对量子点光谱稳定 性的影响[ ; 温度对有包覆层
和未包 覆 的量子 点光 谱稳 定性 的影 响[,]等 等 . 是 , 激 发 波 长 的改 变 对 于 量 子 点 光谱 影 响 的研 究 , 11 , 01 但 对 特别是 紫外 波段 激发 光 连续 改变 对发 射光 谱 的影 响 尚未见 有 研究 报道 . 本 文测 量 了油溶 性 C S/ n 子 点 ( 匀 分散 在 甲苯 溶液 中 ) d eZ S量 均 的荧光 特 性 , 到 了其 吸 收谱 、 射谱 得 发 ( h tlmiecneP 和激 发谱 ( h tlmiecneectt n P E)讨 论 了激 发 光 激 发 能 的 改变 对 P oou nse c,L) P oou n se c xi i , L , ao
量 子 点表 面缺 陷而 引起 的表 面上 大量 无辐 射 复合 中心 , 而提 高量 子点 的荧 光 量子 产率 , 增强 发光 稳定 进 并

量子点课件-国家纳米科技中心

量子点课件-国家纳米科技中心

早期的化学合成方法: 微乳液法
(胶体)化学合成方法: 油相高温热解
惰性气体保护
Murray, Norris & Bawendi JACS, 115(29), 8706, 1993 文献引用2000多次
CdSe
TOPO
TOP/TOPO
Cd 前驱物 TOP-Se
TOPO is both coordinating ligand and reaction solvent, however, only 90% pure technical grade reagent works
The size-dependent phonon frequency of semiconductor nanocrystals L.H. Liang, C.M. Shen, X.P. Chen, W.M. Liu, and H.J. Gao J. Phys.: Condensed Matter 16,267, 2004
需要控制: 尺寸,形状,密度分布
2.胶体化学方法合成 Colloidal quantum dot Semiconductor Nanocrystals
3.微加工方法
学科背景:工业发展需要深入研究纳米尺寸半导体的性质
Willamette 芯片内 部结构
属于Pentium 4家 族,256KB二级缓 存,FSB 400MHz, 0.18微米生产工 艺,集成4200万个 晶体管,核心面积 217平方毫米,使用 铝连接晶体管。
Wide absorption Narrow emission
同时观察多信号细胞组分
Science, 1998
Five-colour QD staining of fixed human epithelial cells. Cyan corresponds to 655-nm Qdots labelling the nucleus, magenta 605-Qdots labelling Ki-67 protein, orange 525-Qdots labelling mitochondria, green 565-Qdots labelling microtubules and red 705Qdots labelling actin filaments.

量子点

量子点

• 2、水相直接合成法:
• 在水相中直接合成量子点具有操作简便、重复性高、成本低、表面电 荷和表面性质可控,容易引入功能性基团,生物相容性好等优点,已 经成为当前研究的热点,其优良的性能有望成为一种有发展潜力的生 物荧光探针。目前,水相直接合成水溶性量子点技术主要以水溶性巯 基试剂作稳定剂。
• 近年来又发展了用其它类型试剂做稳定剂制备水溶性量子点的方法, Sondi等用氨基葡聚糖(aminodextran,Amdex)作稳定剂,在室温下合 成了CdSe量子点。
• 4、在同等画质下,QLED的节能性有望达到OLED屏的2倍,发光率将提升30% 至40%。同时QLED可以达到与无机半导体材料一样的稳定性、可靠性。
主要特性:
• 1、这种技术中用到的量子点(Quantum Dots)是 一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶 体,晶体中的颗粒直径不足10纳米。
• (4)量子点具有较大的斯托克斯位移(指荧光光谱较相应的吸收光谱红移)。量 子点不同于有机染料的另一光学性质就是宽大的斯托克斯位移,这样可以避 免发射光谱与激发光谱的重叠,有利于荧光光谱信号的检测。
• (5)生物相容性好。量子点经过各种化学修饰之后,可以进行特异性连接,其 细胞毒性低,对生物体危害小,可进行生物活体标记和检测。
• (6)量子点的荧光寿命长。有机荧光染料的荧光寿命一般仅为几纳秒(这与很多 生物样本的自发荧光衰减的时间相当)。而量子点的荧光寿命可持续数十纳 秒(20ns一50ns),这使得当光激发后,大多数的自发荧光已经衰变,而量子 点荧光仍然存在,此时即可得到无背景干扰的荧光信号。
• 总而言之,量子点具有激发光谱宽且连续分布,而发射光谱窄而对称,颜色 可调,光化学稳定性高,荧光寿命长等优越的荧光特性,是一种理想的荧光 探针。

自组织量子点光致荧光的温度依赖性

自组织量子点光致荧光的温度依赖性

自组织量子点光致荧光的温度依赖性
邓浩亮;姚江宏
【期刊名称】《发光学报》
【年(卷),期】2007(028)001
【摘要】自组织量子点光致荧光的温度依赖性研究,对于实现室温下高效的量子点光电器件有着非常重要的意义.而量子点中的载流子动力学过程将决定其光致荧光的温度依赖性.采用稳态速率方程模型模拟了自组织量子点中载流子动力学过程,并且考虑了量子点材料带隙随温度的变化;模拟了不同温度下自组织量子点的光致荧光光谱,并获得了光谱的积分强度、峰值能量及半峰全宽随温度的变化曲线.研究表明:模拟结果与已报道的实验数据符合得很好.由此可知,所采用的模型能够很好地反映自组织量子点中的载流子动力学过程.
【总页数】5页(P109-113)
【作者】邓浩亮;姚江宏
【作者单位】天津工程师范学院,数理系,天津,300222;南开大学,物理科学学院,光子学中心,天津,300071
【正文语种】中文
【中图分类】O472.3;O482.31
【相关文献】
1.载流子热迁移对自组织量子点光致荧光的影响 [J], 邓浩亮;姚江宏;贾国治;徐章程
2.以UV胶为纤芯本底的CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱的传光特性 [J], 程成;林彦国;严金华
3.量子点阵列光致荧光谱温度依赖性研究 [J], 刘国梁;姚江宏;许京军;王占国
4.新型光学微腔中CdSe@ZnS胶体量子点溶液光致荧光特性研究 [J], 丰雪;钱波;曹萌
5.PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性 [J], 程成;席子扬;姚建华
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控制自组织铟镓砷量子点成核的生长方法[发明专利]

控制自组织铟镓砷量子点成核的生长方法[发明专利]

专利名称:控制自组织铟镓砷量子点成核的生长方法专利类型:发明专利
发明人:梁凌燕,叶小玲,金鹏,陈涌海,徐波,王占国
申请号:CN200810102198.9
申请日:20080319
公开号:CN101540357A
公开日:
20090923
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明一种控制自组织铟镓砷量子点成核的生长方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:选择一衬底;步骤2:在衬底上采用分子束外延或金属有机物化学气相淀积的方法淀积缓冲层,来隔离衬底中的杂质和位错,并使生长表面更加平整;步骤3:在缓冲层上淀积应力缓减层,来缓减缓冲层与铟镓砷材料之间的应变;步骤4:在应力缓减层上依序淀积第一层铟镓砷、超薄砷化铝和第二层铟镓砷层,形成铟镓砷浸润层和铟镓砷量子点层,完成生长的制备。

申请人:中国科学院半导体研究所
地址:100083 北京市海淀区清华东路甲35号
国籍:CN
代理机构:中科专利商标代理有限责任公司
代理人:汤保平
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常红移及半高宽减小等现象( 这里未示出 川。 )
发光强度 随温 度升高 ( 10 8K) 约 1 一10 而增 大 是 由于 载 流子 在 不 同 量子 点 层 之 间 的 迁移 产
在4 一 0 0 7K范围内, 发光强度随温度升高而
增 大是 由于载流子从同一尺寸分布族 中的尺寸较 小量子 点能级跃迁到尺寸较大量子点能级 中。载 流子在 尺寸不同的量子点之间的弛豫过程使得 发 光强度 的衰退 减缓 , 载流子 寿命增 加 , 生如图 会产 2 所示 P L谱的不均匀变化 , 会导致 P 并 L峰值超
0 0 . 1 5 0 1 0 1 . . 5 11
图1 样品P L积分强度及寿命的温度变化 情况
低温下( 4K) T< , 0 P L积分强度 、 峰值能量 以 及P L寿命均保 持不 变, 是零 维激 子 的典型 特 这 性 。在该温度下 , 热激发过 程可以忽略 , 光峰可 发 认 为来 自辐射复合过程 , 不随温度变化而变化。 它
增 强机制并不相同。
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Tn r epe曲州 叼 图 2 不 同温度下的 P 谱 L
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温度进一 步升高 ( > 0 , T 1 K)电子 一声子散 9 射起 主要作 用 , 此时 P L谱 积分强 度开始 随温度 上升 而下 降, 载流子寿命则开始减小。 3 结 论
过来的载流子被 另一层 的全部 量子点 所俘获 , 使 其发光淬灭较慢 ,L积分强度增 大, P 寿命 变大, 同 时P L谱 随温度升高产 生均匀 展宽 , 图 2所示。 如
1 样品和实验
实验所用样 品选用 V G公 司 的 V 0 MK 一 8H I分 子束 外 延 ( E) MB 生长 系 统在 半 绝缘 GA as (0) 10衬底上生长 。包含三 个量子 点层 , 量子点层 厚度 为 2 5 ( oo yr, 子 点 上 面 生 长 . m nl e) 量 ML a
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po l isne P ) T e l so t t Q 'P ie ad nt, ie p k r ho mn c c (RL 一 h rus h t D s n g t ie i l t , ee tu ee T e t hw h s a e L re n sy i m e n - t t f e a
通过对 多 层 自组织 IA / a 量子点 的稳 n sGAs 态和瞬态发 光特 性的研 究 , 发现量 子点 P L谱 的 发光强 度、 发光寿命 及峰值 能量均有 强烈 的温 度 信 赖关 系, 这说明不 同尺寸 量子点之间 、 同量 子 不 点层 之间存 在着 强烈藕合 作用。同时还发 现 , 不 同尺寸 量子点 之间 的载 流子迁移在 较低温 度(0 4 - 下起主要作用 , 7K) 0 而载流子在 不同量子点 层 之 间的迁移 则 发生 在较 高温 ( 0K)并 且 在 > 0 , 1 10 9K左右起主导作用 。 感谢 中科 院半导体所牛智川研究员给我们 提 供 高质 量的量 子点样品。
层 。量 子 点 层 的 生 长 温 度 为 50 其 它 为 1` C, 60 。生 长过程用高能电子衍 射( H E 进行 0` C R E D)
监测 。
材料成为近年来的研究热点之一(x 11 .
研究 自组织生 长量子点 激子复合 寿命 , 以 可 获得影响量 子点 激子 动力 学的一 些基 本物 理机
参 考 文 献: []ji H s n Mar H.pi l rc rao o 1Hi M, as F, ae O ta ca t itn r e f c h a es i f slognz IA / A q nu d s n i d sGas atm t g w b MB e ra e n f u o r o y E
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10 8K时 , 发光 峰则随温度而 整体红移 , 如图 1 所 示。这说明在此两 个温度 区域内 , 发光 峰的强度
第2 2卷增刊
20 03年 6月
山 东科 技 大学 学报 (自然 科 学版 )
Vl 2 o2 Sp . u
Junl S adn Unvri o S i c d cnl y trl ec) Jn.0 3 ora o hno g ie t f ee a T h o g ( ua Sin u 2 0 f s y c n n e o Na c e
3mnZ . s应 变缓 冲 层, 着 再 生 长 nI .Ga A 0 aB 接
1n as 0mG A 隔离层。最后 再生长 1n G A 保护 0m a s
山 东 科 技 大 学 学 报 (自然 科 学 版 )
第 2 2卷
光峰的积分 强度 和 P L谱寿 命基本 保 持不 变;0 4 一 0 发光 峰的积分 强度急剧增大同时 P 8 K, L寿命 略有 增加 ;0 0K范 围内 , 度增加 的速度 有 8 一10 强 所 减缓 ; 再升高 时(1 一10 , 温度 10 8K)积分强 度又 随温度升高而急剧增大 同时 P L寿命也 随之 急剧 变大 ; 步升高温 度, 进一 发光峰 的积分强度 和寿命 开始随温度升高而直线下降 。 在 4 一8 K时, 0 0 发光峰 的高能端基 本保持 不
光致发光谱 P ) ( L 测 量采用 半导 体脉 冲激光 器作 为 激 发 光 源 , 长 68m, 复 频 率 为 波 3n 重 4MH 。时间相关光 致发光谱 ( R L 测量使用 0 z T P)
制[, 低维光电子器件的研制提供物理基础。 (为 3 1
本文利用变 温 (3-20 1 0K)光致 发光谱 (L , P )瞬 态荧光谱 ( R L) 究 了 自组织 多 层生 长 IA TP 研 ns 量子点的发光及激 子的温度 特性 , 对实验 中观察 到的现象予以解释。
A s at T e ay d ni t rc rt o sf 。gn e mu i l e IA / as nu dt bt c: s d a t s n caat ii f 一 rai d l 一a r sG A qat os r h t e n r e h e sc e a l z t y n u m a df et ea r (0 0K) v be s d d P oo mi s ne L ad e e le t e n t rt e 一30 h e n i b htl n c c ( ) t 一rsvd ir e f mp u 1 a e t e y u u ee P n i m o
C I f, NG n- i, N urn , Z n - og WU egyn A J- K i a O L gmnC E Z - a i H h h u
( p oPhan, a n nvnr Xi nF n 10 C ia Det yi Xi f e me U ie c a ,ji 3 05, n) y, me a 6 h
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14 8 1.
生〔7 1。这种迁移过程是多声子参与的隧穿过程, 2
低温下 , 此过程效率不高 , 但在 温度高 于 10 以 0K 后 由于量子点 由于量 子点 中载流子的热能开始 大 于或等于激子 限制能 , 载流子 在不 同量子 点层之
间跃迁的几率增大此过程开始起作用[, 5 并在约 ] 10 达到最大值。 8K时 此时从不同量子点层迁移
o te r f z o一dme s nl ctn . h e i ni ae i s o x o Ke w r sIAs a tm os P TRP lei y d : q nu d t; o n u L; L; t i me f
在半导体量子 点中 , 由于载 流子在所 有方 向 都受到量子限制 , 具有独 特的物理 性质和 广阔的 应用前景 , 计算表 明利用量 子点结构 组成 的 理论 激光器的阂值 电流将大 幅度 降低 。因此 , 量子点
图1 同温度 下测得的 P 为不 L谱 。图中虚线 为高斯拟合线 , 从图中可以看出, 量子点具有两个 发光峰 , 能 峰的强 度很 大( 低 整个 测量 温度 范 围 内)而高能峰 的强度较弱 。由于高能峰对整个发 , 光 的贡献较小 , 主要讨论低 能峰的发光特性。 图 2给出样 品发光 峰积分强度 的和峰值能量 P L谱寿命 的温度 变化 情况。低温 下( 4 K , < )发 0
中分号 4常 图类 :3 03
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