II-V 族半导体纳米晶体材料
溶液相制备Ⅱ—Ⅳ族半导体纳米材料研究新进展
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纳米材料 是指颗 粒 尺 度在
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半导体量子点的分类
半导体量子点的分类英文回答：Classification of Semiconductor Quantum Dots.Semiconductor quantum dots (QDs) are nanocrystals with unique optical and electronic properties due to their size-dependent behavior. They can be classified based on their material composition, shape, and dimensionality.Material Composition.Group II-VI QDs: Made from compounds of elements in Groups II and VI of the periodic table, such as CdSe, CdTe, and ZnS.Group III-V QDs: Composed of elements from Groups III and V, including InAs, InP, and GaAs.Group IV QDs: Contain elements from Group IV,primarily silicon (Si) and germanium (Ge).Metal Chalcogenide QDs: Include compounds of metals and chalcogens, such as PbS, PbSe, and CuInS2.Shape.Spherical QDs: The most common shape, with a nearly perfect sphere-like structure.Rod-shaped QDs: Also known as quantum rods, with an elongated shape.Platelet-shaped QDs: Exhibit a flattened, plate-like morphology.Anisotropic QDs: QDs with irregular or non-uniform shapes.Dimensionality.Zero-Dimensional QDs: Confined in all three spatialdimensions.One-Dimensional QDs: Confined in two spatial dimensions, forming nanorods or nanowires.Two-Dimensional QDs: Confined in one spatial dimension, creating nanosheets or quantum wells.Other Classifications.In addition to these primary classifications, QDs can also be grouped based on:Doping: The intentional addition of impurities to modify the electrical properties.Surface Chemistry: The modification of QD surfaceswith organic ligands or inorganic materials.Assembly: The arrangement of QDs into larger structures, such as superlattices or photonic crystals.中文回答：半导体量子点的分类。
半导体材料第9章II--VI VI族化合物半导体 族化合物半导体
吉林大学电子科学与工程学院
半导体材料
ZnO P型掺杂至今仍存在的问题
1997年出现了第一篇ZnO实现P型掺杂的报道，但掺 杂效果还不能达到制作注入型发光器件的要求(Jpn.
J. Appl. Phys. 36, L1453, 1997)
尝试了各种可能的杂质源和掺杂办法，但都不理
想，至今仍存在空穴浓度偏低、迁移率偏低、掺杂
Cd CdS 2.4eV CdSe 1.67eV CdTe 1.6eV Hg α-HgS 2.1eV HgSe 0eV HgTe -0.15eV
吉林大学电子科学与工程学院
半导体材料
元素
S
Se
Te
Zn ZnS 3.6eV ZnSe 2.7eV ZnTe 2.26eV
Cd CdS 2.4eV CdSe 1.67eV CdTe 1.6eV Hg α-HgS 2.1eV HgSe 0eV HgTe -0.15eV
Co
Pb Co Cu
Co Cu
Cl
Cu Al
I
Mn
Cl
ZnS自然界中稳定存在的是 闪锌矿结构（β相）1020℃ 相变为纤锌矿结构（α相）
吉林大学电子科学与工程学院
半导体材料
ZnS作为电子显示和发光材料，其发射光谱和发光 效率都可以通过掺杂和晶粒尺寸的控制加以调制
ZnS的量子尺寸效应： ¾ 禁带宽度也随尺寸减小而展宽，3nm ZnS粉体的禁
4. 光电导探测器，CdS,ZnSe
5. 太阳电池，CdS/CdTe其理论转换效率为30%，已开 始大规模产业化
6. 热/红外探测 HgCdTe/CdTe
吉林大学电子科学与工程学院
半导体材料
ZnS
作为一种用途广泛的电致发光材料，ZnS的突出特点是 其发光光谱会因掺杂元素的不同而变化。其色彩由红至 蓝可以覆盖整个可见光范围（最近还有掺稀土元素）
二维材料在半导体器件制造中的应用
二维材料在半导体器件制造中的应用随着科技的不断进步，半导体器件在各个领域中的应用也越来越广泛。
其中，二维材料作为近年来兴起的新型材料，在半导体器件制造中扮演着重要的角色。
本文将介绍二维材料在半导体器件制造中的应用，并探讨其优点和挑战。
一、二维材料的特点二维材料是指厚度只有几个原子层的材料，具有特殊的物理、化学和电学性质。
最具代表性的二维材料是石墨烯，它由一个由碳原子构成的二维晶格组成。
此外，还有许多其他的二维材料，如二硫化钼、二硫化钨等。
这些材料具有高载流子迁移率、优异的机械性能和化学稳定性等特点，使其在半导体器件制造中具备巨大的潜力。
二、二维材料在半导体器件中的应用1. 传感器二维材料的高载流子迁移率使其成为制造高性能传感器的理想选择。
例如，石墨烯传感器可以用于检测微小气体分子浓度、荧光信号的强度等。
二维材料的超薄结构还可以实现对气体、光和声波等的高灵敏度检测。
2. 透明导电薄膜传统的透明导电薄膜，如氧化铟锡(ITO)薄膜，存在成本高、柔性性能差等问题。
而二维材料能够克服这些问题，成为新一代透明导电薄膜的候选材料。
二维材料可制备成透明薄膜，并具有优异的导电性和透光性，因此在柔性显示器、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。
3. 光电器件二维材料的特殊电学性质使其成为制造高性能光电器件的理想选择。
例如，二维材料能够实现宽频谱的光电响应，使其在光电检测、光电转换等领域具有广泛应用。
此外，二维材料还可作为发光二极管(LED)和激光器的材料，为光电器件的制造提供了新的解决方案。
4. 能源器件二维材料在能量存储和转换器件中也有重要应用。
例如，石墨烯在锂离子电池中具有高的电容量和长循环寿命，为下一代高性能电池的研究提供了新思路。
此外，二维材料还可用于制造光催化剂、超级电容器等能源器件，为能源领域的可持续发展做出贡献。
三、二维材料应用的挑战虽然二维材料在半导体器件制造中表现出了巨大的潜力，但其应用仍面临一些挑战。
低维II-VI族半导体纳米结构的控制生长
低维II-VI族半导体纳米结构的控制生长低维半导体纳米材料的控制生长是当前纳米科学与技术研究领域的前沿和热点。
本文选择典型的II-VI族半导体作为研究对象,采用电化学沉积、湿化学等方法制备了一系列低维纳米结构,对所获得纳米材料的尺寸、化学成分、晶体结构以及晶体取向成功地进行了控制。
采用多孔氧化铝作为模板,通过直流电沉积方法,在120 oC的低温条件下制备了高度有序的六方ZnS纳米线阵列。
在电流密度I = 0.1 mAcm<sup>-2</sup>时制备了沿[110]方向生长的六方ZnS单晶纳米线阵列;当电流密度增加时,制备的六方ZnS纳米线为多晶结构。
多孔氧化铝纳米孔洞的限域作用有利于六方ZnS单晶纳米线的形成。
以多孔氧化铝作为模板,通过直流电沉积方法,在110 oC条件下制得了高度有序的六方CdS纳米线阵列。
结果表明,电流密度对于电沉积纳米线阵列的取向生长有重要影响:在电流密度I = 1.28 mAcm<sup>-2</sup>时制备了六方CdS多晶纳米线阵列,当电流密度降低到I = 0.05 mAcm<sup>-2</sup>时,获得了沿[103]方向生长的六方CdS 单晶纳米线阵列。
在经典的电结晶理论基础上,建立了准二维电结晶临界晶核尺寸模型,即电结晶临界晶核尺寸不仅取决于电沉积参数ηc,同时也与晶体的表面能Ehkl、沉积晶体与基体的错配关系ρ有关。
利用该模型可以理解电沉积单晶纳米线的形成以及纳米线阵列的取向形成机制。
通过改变阳极氧化条件,制备了直径分别为25 nm、40 nm和120 nm的多孔氧化铝模板,通过直流电沉积方法,在180 oC条件下制得了六方CdSe纳米线阵列。
结果表明,纳米线直径对于电沉积纳米线阵列的取向生长有重要影响:当I = 1.28 mAcm<sup>-2</sup>时,随着尺寸D的增加,CdSe纳米线的择优取向从[001]转变为[101]和[103]方向,且临界尺寸D0满足40 nm < D0 < 120 nm。
氧化锌.PDF
ｌｕｍｉｎｏｕｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｐｒｏｌｏｎｇ．ｓｏ ｌａｔｔｉｃｅ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｐｅｒｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ
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ＺｎＯ／ＺｎＳ ｃｏｒｅ．ｓｈｅｌｌ ｂｙ Ｎａ２Ｓ ａｎｄ ＴＡＡ ａｓ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ．Ｔｈｅ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｖｉｓｉｂｌｅ
ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ（ＵＶ）ｂａｎｄ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ａｔ ｌ：２ ｏｆ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ＣｕＯ：
ＺｎＯ．Ｗｅ ｏｗｅ ｉｔ ｔｏ ｖａｎｉｓｈ ｏｆ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｂｏｎｄ ｂｙ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｌｙｔｉｃ ＣｕＯ．Ｂｙ ｃｏｎｔｒａｒｉｅｓ．
ｏｎ ＺｎＯ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｌｉｓｔｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：
１．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｚｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ ｉｓ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙ’ｓｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ．
关键词： 氧化锌量子点缺陷生长包覆荧光
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ
Ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ＩＩ．ＶＩ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｗｉｔｈ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ３．３ ｅＶ ｂａｎｄ－ｇａｐ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｙ ａｎｄ ｅａｓｉｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ．
二维半导体材料精选全文
精选全文完整版（可编辑修改）二维半导体材料近年来，半导体材料作为新一代先进材料受到了越来越多的关注。
其中，二维半导体材料更是受到大家的高度重视。
二维材料在纳米尺度下，具有独特的物理特性和化学性质，而且具有非常优异的器件性能。
因此，它们被越来越多地用于电子器件、传感器和电源管理等应用。
关于二维半导体材料，它是指所有厚度小于几十纳米的电子、光学的特性的材料。
常见的二维材料有碳纳米管、硅烷（二硅物）、金属硫化物、米开朗基罗物质（MoS2）、钛硅烷（TiS2）、石墨烯（Graphene）及二氧化碳等。
这些二维材料对电子、光电、传感器、电源管理等领域具有重要的应用价值。
碳纳米管（CNTs）是一种炫目的二维半导体材料，它的特点是由卷曲的碳纳米管构成，具有非常优异的物理性能。
它们具有极高的抗压强度和优异的导电性，而且多种可用的表面改性技术能够提高它们的导电性能和稳定性。
另外，CNTs还具有优异的电磁免疫性能，可以用来制备各种复杂的结构和型号。
米开朗基罗物质（MoS2）是另一种重要的二维半导体材料，它有着优异的电磁免疫性能，同时具有较低的能量损耗和优异的电导性。
它可以用于制备各种电子器件，这些电子器件具有极低的功耗和高性能。
此外，MoS2还可用于提高传感器的敏感性和可靠性，并且它可以显著提高太阳能转换效率。
石墨烯（Graphene）是另一种优秀的二维半导体材料，它具有极高的表面积、优异的电导性和极低的能量损耗等特点，是一种新型的导电材料。
石墨烯可以用于制备具有高性能的器件，如电子显示器、传感器、电池、磁体、量子存储和其他电子元件。
此外，石墨烯也可以用于节能、环保、功耗低、可持续发展的新型电子电路。
由以上介绍可以看出，二维半导体材料是一种具有重大应用价值的新型材料。
它们具有优异的物理性能和化学性质，可以大大提高电子器件、传感器和电源管理等应用的性能。
尽管这类材料的发展正处于初期，但未来会有更多的研究和进步，以满足社会的需求。
二维材料在半导体器件中的应用
二维材料在半导体器件中的应用随着科技的不断进步，二维材料作为新型材料受到了广泛的关注。
二维材料是指在一个平面上只有一层原子厚度的材料，最具代表性的是石墨烯。
由于其独特的物理和化学性质，二维材料已经成为半导体器件中的一种重要候选材料。
本文将探讨二维材料在半导体器件中的应用。
一、二维材料的结构特点二维材料具有以下结构特点：首先，由于只有一层原子厚度，二维材料具有极高的表面积与体积比；其次，二维材料具有较高的载流子迁移率，这是由于它们在一维限制下，电子减小了散射的可能性，从而提高了电子的迁移速度；此外，二维材料还具有优异的机械性能和光学性能，这些特点使其成为半导体器件的理想材料。
二、二维材料在场效应晶体管中的应用其中一种最典型的二维材料在半导体器件中的应用是石墨烯在场效应晶体管中的应用。
石墨烯具有极高的电子迁移率和优异的热导率，因此可以作为高速晶体管的通道材料。
在石墨烯场效应晶体管中，通过调节输入栅极电压，可以实现对电子的控制和调节，从而实现电流的开关。
这一特性使得石墨烯场效应晶体管具有极高的开关速度和优异的性能。
三、二维材料在光电器件中的应用除了在场效应晶体管中的应用外，二维材料还具有许多在光电器件中的应用潜力。
例如，石墨烯由于其优异的光学性能，在光传感器和光探测器中具有广泛的应用前景。
由于二维材料能够吸收宽波长范围的光线，并且具有较高的量子效率，使其成为制造高效光电转换器件的理想材料。
此外，二维材料还可以用于制备柔性显示器件、激光器件等。
四、二维材料在能源领域中的应用二维材料在能源领域中也具有重要的应用前景。
一方面，二维材料可以作为电极材料用于锂离子电池等储能装置中，其高表面积和低阻抗特性可以提高电池的充放电效率；另一方面，二维材料也可以用于制备光伏和光化学电池，通过吸收光能将其转化为电能，从而实现能源的可持续发展。
综上所述，二维材料在半导体器件中的应用十分广泛，并具有重要的科学意义和应用价值。
在未来，随着对二维材料的深入研究，相信会有更多的新型半导体器件涌现出来，为我们的生活和科技发展带来更多的便利与惊喜。
二维材料半导体器件
二维材料半导体器件是一种将二维材料应用于半导体器件制造中的新技术，其基本原理是利用二维材料的优异电学性质，在其上开发出电子器件。
二维材料的优良性质包括极薄的体层厚度、高载流子迁移率（mobility）和热导率、良好的机械柔性、透明性和可制备性等，这些优异特性使得其在半导体器件制造中具有广泛应用前景。
二维材料半导体器件的应用范围十分广泛，包括场效应晶体管（FET）、光伏器件、太阳能电池、光电传感器等，其中场效应晶体管是二维材料半导体器件中的典型应用。
场效应晶体管是一种利用半导体材料制作的晶体管，其运作原理是通过改变材料中电荷的分布来控制电流的流动。
目前，石墨烯和二硫化钼等几种二维材料已经被广泛应用于场效应晶体管的制造。
例如，石墨烯场效应晶体管具有高迁移率、良好的导电性和透明性等特性，其制作技术已经逐渐成熟。
此外，氧化石墨烯和氮化石墨烯等材料也被用于二维材料半导体器件的制造中。
二维材料半导体器件的发展面临的挑战包括：控制二维材料生长过程中的缺陷和杂质、提高制备和加工技术、加强材料的稳定性和可重复性、降低制造成本等。
随着技术的不断发展和完善，二维材料半导体器件有望成为下一代电子器件中的重要组成部分，并为信息、通信、能源等领域的发展做出贡献。
除了场效应晶体管，二维材料还可以应用于其他类型的半导体器件，包括：1. 光电传感器：二维材料的宽带隙和高灵敏度使其成为光电传感器的理想选择。
通过将二维材料与特定的光敏材料结合，可以制造出高效的光电转换器件，用于光电检测、光通信、光伏等应用。
2. 光伏器件：二维材料的薄膜结构和高迁移率特性使其成为太阳能电池的潜在候选材料。
例如，石墨烯和过渡金属二硫化物等材料能够吸收和转换太阳光能，提供更高的光电转换效率。
3. 能量存储器件：二维材料在锂离子电池、超级电容器等能量存储器件中的应用也引起了广泛关注。
二维材料的大表面积和高离子扩散速率使其具有优秀的储能性能，可以提高能量密度和循环寿命。
二维半导体材料
二维半导体材料近年来，二维半导体材料被广泛运用于光电器件，电子器件，量子计算系统和微电子设备等领域，并已成为新型半导体材料的重要发展方向。
随着科技的发展，二维半导体材料也受到了越来越多的关注。
目前，它们已经被用于许多电子设备，比如超级电容器，量子信息存储器，柔性电子器件，电致发光材料，太阳能电池，发光二极管，柔性电子器件，微电子器件等等。
二维半导体材料具有许多独特的性质，比如薄膜结构，微米厚度，高性能，高分辨率等，它们的优点已经引起了众多研究者的关注。
二维半导体材料可以用于实现低功率，高速，高效的信号处理和运算。
此外，它们也可用于连接电容器和电池，并可以用来实现量子信息存储和处理。
研究者们正在尝试改进这类材料的特性，提高它们的性能。
例如，研究人员正在尝试开发新型二维半导体材料，其具有更高的输入阻抗和电容，更低的漏电流，更好的可靠性，更高的分辨率，更低的功耗，更强的稳定性和抗干扰能力，更好的外形紧凑性等特征。
此外，研究人员们正在尝试将二维半导体材料的特性应用到其他领域，比如光学，生物，柔性电子学和纳米技术等，用于实现量子计算，太阳能电池等新型功能。
例如，研究人员正在使用二维半导体材料制成高效的太阳能电池，用于搜集太阳能发电，从而节省能源。
此外，研究者们还可以将二维半导体材料的特性用于生物分析学，检测和诊断疾病，从而提高病人的诊断准确性。
因此，二维半导体材料的研究具有重要的意义。
二维半导体材料的发展不仅有助于改善现有的设备，还可用于制造新型设备。
通过不断探索，研究者们终将发现出更多可能，从而使科学技术取得更大进展。
总之，二维半导体材料具有许多优势，是新型半导体材料的重要发展方向。
它们在许多电子设备，光电器件，量子计算系统和微电子设备中发挥着重要作用，并可用于实现太阳能电池，量子信息处理，生物分析，柔性电子学等功能。
然而，这项技术仍有待完善，有待研究者们不断探索，以实现二维半导体材料的潜在应用。
美国新型二维半导体
美国新型二维半导体
美国最近研究一种全新半导体，这种半导体带有形状结构，可以很好的从三维材料变为二维材料，这是历史一个进步，为未来LED产业打了更深技术基础。
这种半导体具有很多新的特性，是传统半导体所没有。
这种半导体更好降温，更高光效。
当半导体材料的尺寸小到纳米级，它们在电学和光学方面的性质就会发生极大改变，产生量子限制效应，由此人们可以制造出被称为量子膜的二维晶体管。
量子膜约为10纳米或更少，其运行基本上被限制在一个二维空间中。
由于这种独特的性质，它们能在高度专业化的量子光学与电子应用领域大展所长。
目前二维半导体方面的研究大部分要用到石墨烯类的材料。
加州大学伯克利分校的阿里•杰维带领的研究小组通过另一种途径制造出了砷化铟“量子膜”。
而且新量子膜可以作为一种无需衬底的独立材料，能和各种衬底结合，而以往其他同类材料只能用于一种衬底。
他们先在锑化镓（GaSb）和锑化铝镓（AlGaSb）衬底上生长出了砷化铟，将它置于顶层并设计成任何想要的样子，然后将底层腐蚀掉，把剩下的砷化铟层移到任何需要的衬底上，制成了最终产品。
为了测试产品的效果，研究小组把不同厚度（5纳米到50纳米）的砷化铟量子膜转印到透明衬底上，对其进行光吸收实验，他们能直接观察到量子化的亚带，并绘制出了每个亚带的光学性质。
在测试它们的电学性质过程中，研究小组还观察到明显的量子限制效应，电子移动与传统的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）截然不同。
研究人员表示，该研究不仅给半导体家族增添了一种新材料，也有助于人们理解结构限制性材料的原理，带来更多的特殊材料，在二维物理基础设备研究方面迈出了重要一步。
二维半导体材料
二维半导体材料二维材料是指在一个或两个维度上具有纳米尺度的材料，它们通常表现出与其它材料不同的电学、光学、力学和热学性质。
二维半导体材料由于其独特的结构和性能，在纳米电子学、光电子学和纳米器件等领域具有广泛的应用前景。
首先，二维半导体材料具有优异的电学性能。
由于其在一个维度上具有纳米尺度，电子在这一维度上的运动受到限制，从而表现出与体材料不同的电学特性。
例如，石墨烯是一种典型的二维半导体材料，其电子在一个维度上的运动受到限制，因此表现出高载流子迁移率和优异的电导率。
这使得石墨烯在柔性电子器件和高频器件等领域具有广泛的应用前景。
其次，二维半导体材料具有优异的光学性能。
由于其纳米尺度的结构，二维半导体材料表现出与体材料不同的光学特性。
例如，二硫化钼是一种典型的二维半导体材料，其能带结构和光学吸收特性使得其在光电探测器和光电调制器等领域具有广泛的应用前景。
此外，二维半导体材料还具有优异的光电转换效率和光学非线性特性，这使得其在太阳能电池和光通信器件等领域具有广泛的应用前景。
最后，二维半导体材料具有优异的力学和热学性能。
由于其纳米尺度的结构，二维半导体材料表现出与体材料不同的力学和热学特性。
例如，二维硒化钼是一种具有优异弹性和柔韧性的材料，其在柔性电子器件和柔性传感器等领域具有广泛的应用前景。
此外，二维半导体材料还具有优异的热导率和热稳定性，这使得其在热管理器件和热电转换器件等领域具有广泛的应用前景。
综上所述，二维半导体材料由于其独特的结构和性能，在纳米电子学、光电子学和纳米器件等领域具有广泛的应用前景。
随着二维材料研究的不断深入，相信二维半导体材料将会在未来的科技发展中发挥越来越重要的作用。
第九章 II-VI族化合物半导体汇总
6
将纯Cd和纯Te按一定计 量比装入石英瓶，抽真空 (10—8mmHg)后封闭， 放入坩埚内，热区温度保 持在熔点，待熔融后，以 1—5mm ／h的速度下 降坩埚并转动，即可得到 CdTe单晶。 还可生长ZnSe CdSe和 CdS等单晶。 垂直布里奇曼炉
2
Ⅱ-Ⅵ族化合物的能带结构都是直接跃迁型，且在 Г点（k=0）的能带间隙（禁带宽度）比周期表中同一 系列中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和元素半导体的Eg大。 如: ZnSe的Eg =2.7eV、GaAs的Eg=1.43eV、 Ge的Eg=0.67eV。 Ⅱ-Ⅵ族化合物随着原子序数的增加，Ⅱ-Ⅵ族化合物 半导体的禁带宽度逐渐变小。
特点：热壁的作用使得外延生长
在与源温度接近的情况下进行。 如：生长CdS薄膜，衬底温度为 450℃，源温比衬底温度高25 ℃， 外延层含较低的杂质和缺陷。
12
外延层的生长速率R随沉积温度变化为
R C exp( E / kT )
E：激活能，C：常数，k：玻尔兹曼常数。
R随衬底温度的这种变化，是由于温度升高加速了组 分A和B的反应，促进形成化合物AB的速度。
14
15
对离子性强的化合物半导体（如 II-VI 族化合物 CdTe 等），一般认为有下列规律：“正电性强的原子空位VM 起受主作用，负电性强的原子空位Vx起施主作用”。 化合物 MX ，认为是由 M+2 和 X-2 组成的晶体。形成 Vx 时， 相当于在晶体 X 格点上拿走一个电中性的 X 原子。 Vx 处 留下两个电子；空位Vx处的这两个电子与其周围带正电 的M+2作用，使其电荷正好抵消，Vx处保持电中性。
二维半导体原子晶体与器件
二维半导体原子晶体与器件二维半导体是一种仅具有两个原子层的半导体材料，通常以单层厚度的形式存在。
其中，最为广泛研究和应用的是二维材料中的石墨烯（Graphene）和过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides，TMDs）。
二维半导体的原子晶体：石墨烯：石墨烯是由碳原子组成的单层二维晶格，呈六角蜂窝状排列。
它在电子传输方面具有优异的性能。
过渡金属二硫化物：TMDs 包括诸如二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）等材料。
它们的晶体结构是由过渡金属原子和硫原子交替排列而成。
二维半导体器件：场效应晶体管（FET）：二维半导体常用于制造场效应晶体管。
例如，石墨烯场效应晶体管（GFET）和二硫化钼或二硫化钨场效应晶体管（MoS2 FET、WS2 FET）。
这些器件可用于电子学和光电子学应用。
光电二极管（Photodetector）：二维半导体在光电探测器中也得到了广泛应用。
由于其薄厚度和高载流子迁移率，TMDs 特别适用于制造高性能的光电二极管。
光电发射器（Light-Emitting Devices）：一些二维半导体，如石墨烯和TMDs，被用于制造光电发射器，用于在可见光和红外光范围内发射光。
量子点晶体管（Quantum Dot Transistor）：结合二维半导体和量子点技术，可以设计制造高性能的量子点晶体管，用于光电子学器件。
柔性电子学器件：由于二维半导体的柔韧性和可弯曲性，它们广泛应用于柔性电子学器件的制造，例如可穿戴设备和柔性传感器。
量子阱结构：在二维半导体中引入量子阱结构，可以调控能带结构，提高光电转换效率，用于太阳能电池等器件。
这些二维半导体材料和器件的研究为下一代电子学、光电子学和柔性电子学提供了许多潜在应用。
一维Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的设计合成与性能研究
一维Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的设计、合成与性能研究Design, synthesis and function of one-dimensional II-VI semiconductor nanomaterials● 主要要研究内容★提出了溶剂热条件下一维纳米晶的合成方法，运用配位分子模板机制，合成出系列半导体纳米棒、纳米管；★发展了室温合成过渡金属与主族硫属化合物纳米晶的新途径,利用稀土氧化物有机溶剂液相离子交换直接合成法制备出稀土硫氧化物纳米材料；★发展了液相自组装方法，成功地合成出一系列半导体纳米管，单晶纳米线。
● 研究成果的科学意义和应用前景II-VI族半导体纳米材料因其具有优异的物理特性和潜在的应用前景，受到了材料科学家的高度重视，特别是其一维量子线的研究，不仅有助于人们在原子或分子水平上认识晶体的成核与生长，同时对进一步探索纳米材料的维度控制规律和量子尺寸效应与相关的新性质间的关系，为未来实现在分子水平设计、制造半导体纳米量子器件与分子导线奠定理论与实验基础。
●代表性论文★Yadong Li*, H.Liao and Y.Qian et al. “Non-aqueous Synthesis of CdS Nanorod Smiconductor. ” ,Chem. Mater. 10(9),2301 (1998)★Yadong Li*, Y.Ding, Y.Zhang et al., “A Solvothermal Elemental Reaction to ZnSe Nanocrystalline”,Inorg. Chem. 1998,37(12), 2844★Yadong Li*, H.Liao and Y.Ding et al. “ Novel Solvother mal Synthesis of CdE(E=S,Se,Te) Semiconductor Nanorod. ”,Inorg. Chem. 1999, 38(7), 1382★Yadomg Li*, Z. Wang, Y. Ding, “Room Temperature synthesis of Metal Chaleogenides in Ethylenediamine”,Inorg. Chem. , 1999, 38(21), 4737★Yadong Li*, Y. Huang, T. Bai, et al., “A Straightforward Conversion Route to Nanocrystalline Rare Earth Mono-thio Oxides in Sulfur Ethylenediamine Solution”, Inorg. Chem. 2000,39,3418★Yadong Li*, Yi Ding, and Zhaoyu Wang “A Novel Chemical Route To ZnTe Semiconductor Nanorods”, Adv. Mater.,1999, 11(10), 847★Li Yadong*,Sui Mong, Ding Yi, et al. “Preparation of Mg(OH)2 nanorods” Adv. Mater. 2000,12(11),818无机/有机纳米微粒的制备复合与组装The Preparation, Composite And Assembly Of Inorgano/Organo-Nanoparticles由于纳米微粒的特殊层次和状态，人们若想将其特殊性能以材料形式付诸于应用，则必须实现它以某种形式与体相材料的复合与组装。
二维纳米材料的结构类型
二维纳米材料的结构类型二维纳米材料是指在一个或两个维度上具有纳米尺度的材料结构。
以下是一些常见的二维纳米材料的结构类型：1.石墨烯（Graphene）：石墨烯是由一个碳原子单层构成的二维晶体结构。
它的结构类似于蜂窝状的六角形网格，具有优异的导电性和高度的机械强度。
2.磷烯（Phosphorene）：磷烯是由磷原子单层构成的二维材料，具有类似于石墨烯的蜂窝状结构。
磷烯在电子和光学性质方面具有独特的特点，如可调节的能隙和高载流子迁移率。
3.过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides）：过渡金属二硫化物是由过渡金属（如钼、钨、硒）和硫元素构成的二维纳米材料。
这些材料在光电和电子学领域具有潜在的应用，如透明导电薄膜和光电二极管。
4.层状二氧化硅（Layered Silica）：层状二氧化硅是由硅氧化合物构成的二维纳米材料。
它的结构类似于石墨烯，具有优异的机械强度和热稳定性，适用于催化剂和过滤器等领域。
5.黑磷（Black Phosphorus）：黑磷是由磷原子构成的多层二维纳米材料。
它在电子传输和光学性质方面具有可调节的能隙和高载流子迁移率，适用于电子器件和光电子学应用。
除了上述的基本结构类型，还有许多其他的二维纳米材料，如二硫化钼砷纳米片（Molybdenum Arsenide Nanosheets）、二硫化镉纳米片（Cadmium Disulfide Nanosheets）等。
这些二维纳米材料的特殊结构和性质使得它们在能源、光电子学、纳米电子学等领域具有广泛的应用潜力。
锌基II-VI族半导体纳米材料分级可控生长、形貌和性能调控
锌基II-VI族半导体纳米材料分级可控生长、形貌和性能调控纳米材料形貌和性能的可控成为新阶段研究的主旋律。
本文以ZnO和ZnS 纳米材料为研究对象,在可控生长、形貌和性能的调控等方面做了比较系统的工作,创新成果如下:1.发展了气相法和分级生长技术,分四步组装了ZnO微米晶/纳米孔洞/纳米墙/纳米棒复杂结构,实现了对紫外光与绿光的消长比以及
E<sub>2H</sub>声子振动频率在431-439 cm<sup>-1</sup>范围的控制。
2.改进了常规气相法的工艺参数,控制了纳米棒在炉体内悬浮的时间,制备了具有优异激子发射性能的ZnO捆状纳米棒顺排聚集体,提出了自组装顺排取向生长的新模式。
3.设计实验方案,控制了成核方式、生长界面、过饱和度、分子扩散速度和扩散自由程等动力学因素,合成了多种ZnS特异形貌的纳米结构。
这些结构表现出常规简单结构所不具有的新奇物性,如塔状结构发射出很强的黄色荧光,出现233和488 cm<sup>-1</sup>反常的拉曼峰等。
4.设计了荧光试验,研究了ZnO纳米材料荧光的反常不稳定现象,如降低激发光强度,紫外峰蓝移,绿峰红移,峰宽窄化、峰强先升后降等。
通过详细的实验分析,揭示了这是由激光热效应引起的,并非属于ZnO本征的新荧光现象,并给出了解决这种不稳定性的方案。
二维n型半导体
二维n型半导体
二维n型半导体是一种具有特殊电子输运性质的材料，它在二维平面上具有n型半导体的特征。
在材料学中，"n型"表示材料中自由电子的浓度高于空穴的浓度。
二维n型半导体通常由单层或多层二维材料构成，如石墨烯、二硫化钼（MoS2）等。
这些材料具有特殊的电子能带结构和载流子输运性质，使其成为研究和应用领域的热点。
在二维n型半导体中，电子从价带跃迁到导带形成自由电子，而空穴的浓度相对较低。
通过控制材料的组分、缺陷工程、表面化学修饰等手段，可以调节二维n型半导体的导电性能和载流子浓度。
二维n型半导体在电子器件、能源转换、光电子学等领域具有广泛的应用潜力。
例如，在晶体管中，二维n型半导体可用作电子传导通道；在光电子器件中，它们可以用于制造光探测器、太阳能电池等。
总而言之，二维n型半导体是一类具有特殊电子输运性质的材料，其独特的结构和性能使其在各种应用中具有巨大的潜力。
随着对这些材料的深入研究，我们可以期待更多创新性的应用被开发出来。
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被Gaponik
等人进一步发展, 他们采用改 进的方法合成了CdTe, HgTe 及具有核壳结 构的量子点纳米晶体.截至到目前, 这种方 法已经合成了CdS,CdSe, CdTe, 与HgTe等 纳米晶体. 虽然这种方法能够较大批量的合 成量子点, 但反应温度低, 产物结晶差, 得到的量子点发光效率较低, 因此采用高沸 点有机溶剂的热注入方法在1990 年应运而 生.
最近的研究结果表明Cd3P2
纳米晶的带隙发 光机制主要来自于晶体内部浅层的“暗电子 态”, 通过表面修饰, 表面诱捕非辐射跃 迁受到抑制, 以此可以提高Cd3P2 纳米晶的 带隙发光.
合成方法
最早报道II-V
半导体纳米晶合成的是1960 年Haacke 采用镉与红磷在维克瓶中合成得 到, 反应温度500°C. 此后, Henglein 与 Weller 等人将II-V纳米晶体的合成引入到 水体系, 在含有保护剂的碱性溶剂中通入 PH3, H3As 及H2S, Cd 源为高氯酸镉水溶液, 保护剂是六甲基偏磷酸.
禁阻辐射：所谓禁阻就是指电子跃迁时跃迁
前后的轨道空间分布有较大差异，往往是位 置上不重合，造成虽然跃迁所需的能量并不 高，但跃迁的概率仍然很低，体现在紫外吸 收上就是本来吸收的波数较低，所需的能量 较小，跃迁应该更容易些，但实际上吸光度 反而很小。
小组成员： 徐映嵩、王哲飞、任会权
II-V 族半导体是由第二副族元素(Zn, Cd) 与第五主族元素(N, P, As 等)形成的化合物. II-V 半导体纳米晶体(亦称量子点)具有禁带 窄、Bohr 半径大、电子有效质量小、通过 改变量子点尺寸, 能够实现宽波段发光, 较IIVI 材料, 其具有更多的共价键成分, 性质稳 定等优点, 是应用于太阳能电池、生物标记 及LED 的理想材料.
在纳米器件的设计过程中, Cd3P2 纳米 晶用于光电转换材料、LED 与生物荧光标 记等器件将是未来发展的趋势. 对于Zn3P2 纳米晶体, 寻找简单与更为经济的合成路线 是当前的首要任务, 解决Zn3P2 纳米晶在空 气中使用的稳定性问题也是其向应用迈进的 重要一步, 目前, 具有复杂结构的Zn3P2 纳 米晶的报道还很少.
自从Turner
首次报道Cd3As2 有着非常高的 电子迁移速率起,Cd3As2 晶体或Cd3As2为主 体的复合材料的合成受到了人们注意.但截 止到目前, Cd3As2量子点的合成没有像Cd3P2 受到广泛的关注.但Cd3P2与Cd3As2“魔法团 簇”的研究仍有很大的空间.除了湿法制造 外还处于理论研究阶段。
总的来说,
II-V 半导体纳米晶合成工艺仍 在迈向成熟. 附表给出目前关于II-V 族纳 米晶的合成方法小结, 并给出主要的光学性 质, 所列举的包括Cd3P2,Zn3P2, Cd3As2, Zn3As2与Zn3N2. 所涉及的结构有量子点(零 维), 纳米线(一维), 纳米晶构成的二维膜, 以及所构成具有树枝结构的三维纳米晶.
当半导体从外界吸收能量(光、电、高能粒子), 价 带的电子将被激发至导带, 这一过程叫做吸收(Abs).被 激发到导带的电子为非平衡态载流子, 它们可能自发地 或受激地从激发态跃迁到基态, 恢复到平衡态, 并将吸 收的能量以光的形式辐射出来, 这一过程叫做发射(PL). 然而量子点的尺寸、化学计量比及颗粒尺寸的分布状态 都将影响到其光吸收性能. 正如前面所介绍的, 由于量 子尺寸效应, 随着量子点的尺寸的减小, 量子点吸收峰 蓝移. 蓝移原因在于量子点的载流子的动态与其谐振能 量的增加而致. 当量子点尺寸小于1 nm 时, 量子点的吸 收光谱接近于单分子吸收特征, 常常会在吸收谱中发现 窄的强吸收峰,在这种情况下, 通常称该类量子点为 “魔法团簇”(magic-sized clusters)即分子团簇.
半导体纳米晶体(nanocrystals, 简称 NCs), 也称之为胶体纳米晶体 (colloidalnanocrystals)或量子点 (dots, 简称QDs), 是一种介于分 子与块体材料的亚稳态晶体, 它的电子结构 不同于分子的离散能级, 也不同于体材料的 连续能带结构, 而是介于两者之间的特殊的 能带结构.
II-V
量子点电子结构, 光学性质及光电性 质也有待进一步研究,某些方面在应用该类 材料过程中, 其晶体结构需要进一步澄清, 这将是晶体学家所关注的焦点. 总之, IIV 族纳米晶体将在非线性光学材料、光学器 件、发光材料、电子材料、催化材料及太阳 能转换材料等方面,将发挥巨大的作用.
ADDITION： 蓝移，就是最大吸收波长向短波长方向移动。蓝移（或 紫移）表示吸收峰向短波长方向移动 吸收波长，任何一种物质，原子都会有自己特定的能级 结构，而每种原子都会有一种叫做受激吸收的作用，它 的基本原理就是，吸收一种和能级之间能量差接近或者 一样的光子，把光子的光能转化为电子的势能，使它跃 迁到高能级上，那么这个过程在宏观上看，就是物质把 光吸收了，那么光的能量对应着它自己特定的频率，然 而光速是一定的，那么也就是说对应着一种波长，所以， 一种物质，对于广播的吸收是有选择性的，最大吸收波 长就是那个刚刚好能使电子跃迁的那种光子，所以物质 会对这种光子更多的吸收，如果是个白光，或者是宽光 谱的光源发光，就会发现，物质在某个波长，吸收非常 强烈，那么最大吸收波长的定义就是，物质对光波吸收 最多的那种光对应的波长。
目前,
合成Cd3P2 量子点的方法主要是溶液 化学方法, 分为以下4 类: (1)单前驱体的热解或醇解 (2)采用分别含有Cd 与P 的前驱体在高沸 点溶剂中反应; (3)通过热注射方法 (4)在含有甲基丙烯酸甲酯与Cd2+溶液中, 通入PH3 气体
Zn3P2
纳米晶体，Zn3P2 为主体的复合材料的 制备通常需要高温而且气氛环境要求苛刻. 已经发表的合成制备方法包括: 有机金属化 合物化学气相沉积法热辅助脉冲激光消融法, 热墙外延法,射频溅射法,真空蒸镀法,碳热 法及电化学沉积法.
高的结晶度及可控的平均尺寸使得人们 能实现发光性质及光电性质的操纵, 即实现 了从紫外到红外波段的有效调节, 气液合成 方法为Cd3P2 纳米晶的规模化生成提供了可 行的方法. 对于II-V 族其他化合物来说, 寻找合适经济的实验室合成方法仍在探索之 中, 但有关结构、光谱学性质及电化学测定 等方面则取得了长足的进展. 但目前所有的合成工艺缺陷是不能 解决“毒性”问题, 这个问题不仅存在于合 成过程, 在使用过程也同样会发生.
1993 年Murray 与Bawendi 等人首次通 过有机金属化合物为单一前驱体在高沸点溶 剂中采用分解反应合成了高质量CdSe, CdS 与CdTe. 这一方法的发现为半导体纳米晶迈 向纳米器件的应用提供了重要一步. 这种方 法后来也被Peng 等人进一步发展, 他们采用 镉的羧酸盐及具有无毒的十八烯为溶剂, 也 合成出高质量的纳米晶体.
II-V
半导体的研究开始于半个世纪之前, 但其纳米晶体的研究开始于20 世纪80 年 代, 历经从水相体系到高沸点有机溶剂的合 成, 纳米晶的结晶度与尺寸均匀度的控制及 光谱学性质的研究等方面得到了很大的成就, 同时在低成本工艺也取得很大的进展. 自从 Bawendi 等人发明了热注射法, II-V 族纳 米晶的发展趋势为朝向高质量合成、性质研 究及纳米器件的设计.
磷光辐射与荧光辐射的机制相同,
但在某些 条件下，之所以被称之为磷光. 是由于量子 点辐射能量随带隙的变化而变化, 因此可以 通过控制量子点大小, 得到不同带隙的量子 点, 从而可实现不同波段的发光. 由于禁阻 辐射等原因, 辐射光波长有的很长。 最好的例子是不同尺寸的Cd3P2纳米晶体所表 现出不同的发光颜色. 在热注射法合成Cd3P2 量子点过程中, 可以通过控制反应温度、生 长时间、及保护剂等方法调节Cd3P2 量子点 的尺寸大小.
II–V
族半导体材料因具有更多的共价键成 分, 在使用中表现出很好的稳定性. 虽然已有 Cd3P2与Cd3As2半导体纳米体的合成报道, 但 有关II–V 族半导体纳米晶的研究尚未取得 理想的结果.但由于其优良特性，仍有人研 究，现就已发现的成果向大家做一定的展示。 望大家对其进行一定的深入研究。
对于Cd3P2 纳米晶未来的发展方向, 合 成工艺的更加简单化、可规模化放大的工艺 将是下一步的发展目标, 合成具有复杂结构 的纳米晶复合材料, 如核壳结构、合金杂化 量子点等也是下一步研究的重点, 目标是进 一步提高量子产率, 能够跨越从紫外到远红 外波段的材料, 同时提高Cd3P2 量子点的化 学与热稳定性.
每个纳米晶体大约有几百到上千的原子组成,
其中表面原子占的比例很大, 当载流子被限 制在一个小于其德布罗意波长, 或者小于2 倍Bohr 半径的势垒区域内, 量子限域效应 表现的尤为突出（此图右侧）给出了带有配 体的胶体纳米晶的示意图.
Fojtik
于1982 年, 首先将具有明显量子效 应的材料称之为量子点材料(Q-material), 也就是我们通常称之为的量子点, 化学家则 称之为超分子材料, 或者人造超分子. 由于 量子点具有可调的光学性质, 这类材料已经 被广泛应用于荧光材料、生物标记、光致发 光与电致发光器件、太阳能电池材料、及光 学元器件等领域. 迄今, 有关II-VI, III-V, 与IV-VI 族半导体纳米晶的合成有很多, 代 表性有CdSe, CdTe, CdS, InP, InAs,PbS, PbSe, 及PbTe（Se硒、Cd镉、Te碲、Pb铅）
图(a)给出Xie
等人采用热注射法得到的 Cd3P2量子点在紫外灯下照射所表现出从蓝色 (460 nm)到红外(1500 nm)发光的样品,图 (b)是尺寸在1～10 nm 的所对应的荧光光 谱图(PL)。
虽然已有研究从表面化学和配体角度来考察
II-V 量子点的荧光过程中载流子动力学的 有关问题,但无论对于哪一种II-V 量子点 仍没有定论. 但在研究中利用时间关联单光 子计数法测定了Cd3P2.