量子点在半导体光电器件中的研究资料

量子点在光电器件中的应用
活细胞荧光标记及组织光学成像
量子点颜色的多样性及可调性，使其可实现多色标记同一细胞
量子点在光电器件中的应用
肿瘤细胞示踪及诊断影像
（a）光动力疗法中的光动力行程 (b)诱导量子点光动力学过程的可能机制
量子点在光电器件中的应用
动物活体成像
动物活体中量子点结合荧光成像系统可对肿瘤进行定位,实时监测 肿瘤细胞的生长和转移
包括两种基本的器件结构形式 垂直输运结构：载流子在顶部接触层和底部接触层之间的垂直输运 收集光电流 横向输运结构：载流子在两个顶部的欧姆接触之间高迁移率通道中 的输运收集光电流
调制掺杂的量子点红外探测器能带图
量子点在光电器件中的应用
Ge/Si 量子点红外光探测器
镶嵌在p-i-n 结构中自组织 Ge/Si 量子岛作为有源区 扩大 Si 基光探测器的波长适用范围 , 提高光探测效率和降低暗电 流密度 由于 Ge 量子点处禁带宽度明显变窄 ,为长波长的光吸收探测提供 了可能
量子点在光电器件中的应用
纵向输运器件
根据电子在与量子点生长方向平行的输运特 性制成
目前量子阱共振隧穿二极管（RTD）已可以与 CMOS器件混合集成，而量子点RTD的研究目前处于 基础研究阶段 常见的量子点RTD：双势垒结构——势垒之间为量 子点有源区，发射极和集电极分布于势垒两侧 加特定偏压时，能带发生倾斜。发射极电子费米能 级达到或高于量子点电子基态能级，电子有较大概率 共振隧穿通过双势垒结构 持续加大偏压，量子点电子基态能级低于发射极导 带底，共振隧穿停止，负微分电阻现象出现。随偏压 的升高，电子还与量子点电子激发态能级共振，电流电压曲线呈现振荡或台阶特性
（a）CdSe量子点的TEM 图像 (b)加入安体舒通后的CdSe量子点图像
量子点的其他应用
烃类化合物的测定
通常采用气相色谱法进行
烃类化合物的测定
பைடு நூலகம்
基于量子点的烃类化合物检测装置
猝灭过程与被测气体浓度及类型有关。 经过修饰的复合膜对甲苯的灵敏度远低于二甲苯，从而建立了一种用量 子点测定烃类化合物的高灵敏度、高选择性的独特方法。
量子点的其他应用
无源抑制单光子探测装置图
应用前景
生命科学
很多现代发光材料和器件都由半导体量子结构所构成，由于尺寸上的接近 ，材料形成的量子点同常用的染料分子可以发挥类似荧光材料的神奇效能 。量子点由于量子力学的奇妙规则而具有显著的尺寸效应，因而从生物体 系的发光标记物的差别上讲，一个有机染料分子吸收合适能量的光子后从 基态升到较高的激发态，需要特定波长的光进行测量，而所有高于某一带 隙能量的光子都能被特定量子点吸收，但所发射的光波长又是可查的。所
半导体量子点材料的制备
应变自组装技术
典型的“自下而上”制备技术 利用Stranski-Krastanow(S-K)生长模式适合于晶格失 配较大，但表面、界面能不是很大的异质结材料体系
优点 方法简单 无需复杂的工艺技术 不会形成自由表面缺陷 不会引入杂质污染 目前是制备量子点材料最常用、最有效的方法
半导体量子点材料的制备
纳米结构的汽-液-固相(VLS)生长模式
1.在特定的衬底表面上制备空间上排列有序的 金属液滴 2.分子束炉喷射金属原子或通入气体分子于衬 底表面
半导体量子点材料的制备
离子注入法
通过离子束与衬底材料中的原子或分子发
生一系列物理和化学互作，使入射离子能 量逐渐降低，最后保留在材料中 将离子注入到晶体中会使晶体非晶化，再 经退火非晶可部分重结晶
量子点在光电器件中的应用
激素及生物因子研究成像
量子点在光电器件中的应用
量子点激光器
CdS单纳米线电驱动激光器的结构和发光特性
量子点在光电器件中的应用
InAs/GaAs 体系的分子束外延生长规律和 技术也都相对比较成熟 , 易于实现高性能量 子点激光器的制作
改进目标
室温下 高增益 高速度 高功率 低阈值电流密度 连续激射
当今研究的热点普遍集中于半导体量子点的生长和性质，自组织 生长方式是目前制备量子点最常用的方法。 半导体单电子器件由于具有小尺寸，低消耗而日益受到人们的关 注。 “半导体量子点材料及量子点激光器”是世界最尖端的科研 课题。纳米电子学、光电子学和新一代超大规模集成电路等方面
的应用有着广泛的需求和市场，技术也渐趋成熟，在需求和生产 能力的双重作用下，其发展前景非常向好的。理论上，低阈值电 流密度、高光增益、高特征温度和更调制带宽等人们最为需要的 特性是将量子点作为有源区的量子点激光器都具有的，通过更多 的试验和研究，能够在保证更多优点的同时进行工业生产将对未 来半导体激光器市场的发展方向产生巨大影响。
Ge量子点光探测器有源区能带结构图
量子点的其他应用
金属离子的含量测定
需要具有足够高的灵敏度 利用金属离子与量子点作用引起荧光猝灭或荧光加强的变化
对铁诱导的羟基生成和量子点为基础的传感器对亚铁离子检测 （A）和荧光通过从量子点到羟基自由基（B）的电子转移猝灭机理
量子点的其他应用
药物的含量测定
能对量子点产生猝灭或光致增强的药物都可以用量子点进行测定
致谢
半导体量子点材料的制备
微结构生长与微细加工相结合方法
1)微细加工处理以后再进行微结构生长技术 。 2)微结构生长后再进行微细加工处理制备技 术。
半导体量子点材料的制备
表面活性剂法
衬底之间表面能与界面能与生长前沿外延层 之间的关系决定外延生长的模式 1.Rs>Rf+Ri
2.Rs<Rf+Ri
量子点的其他应用
光量子保密通信光端机
量子保密通信需要高质量的量子密码收、发光端机
量子点的其他应用
单光子探测器
信息密码、量子计算和量子保密通信研究中所面临的一个重 问题即是单光子的产生与发射技术 量子单元发出一个光子并跃迁回到基态到再发射第二个光子之间需要经 过一定时间 量子点单光子源具有比其他单光子源的振子强度更大且和谱线宽度窄 发光波长可以覆盖从可见到红外的光波范围
5 量子点在其他领域的应用
6 量子点未来的研究应用及发展构想
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选题的背景及意义

背景及意义：量子点是指颗粒尺寸在1～100 nm
范围内的金属或半导体材料的微小颗粒。其性质稳定，当受 到电或者光的刺激时就会发光。由于其特殊的介于体材料与 分子间的尺寸，从而表现出各种特殊而奇妙的物理化学特性， 利用这些特性可以实现一些普通材料和器件难以完成的目标。 控制量子点的几何形状和尺寸可改变其电子态结构,实现量子 点器件的电学和光学性质的剪裁,是目前能带工程设计的一个 重要组成部分，也是国际研究的前沿热点领域。
量子点在光电器件中的应用
横向输运器件
单电子晶体管：由于库仑阻塞效应，电子只能逐个通过器 件，呈现单电子（或准单电子）输运行为
运用注入量子点中的载流子对量子阱沟道中二维电子气（2DEG）输运的 调制作用可以获得预期的电流- 电压特性（振荡、台阶等）
量子点在光电器件中的应用
InAs/GaAs 量子点红外光探测器
欢迎参加学士论文答辩
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量子点在半导体光电器件中的 应用研究
指导教师：王河林

班级：应物1001 学生：万郝霆玮 学号：201010800112
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目录
1 研究的背景与意义 2 制备半导体量子点材料的技术 3 量子点在光学器件中的应用 4 量子点在电学器件中的应用
以，特定的量子点就能够按尺寸变化产生一个发光波长不同的、颜色分明
的标记物家族。 与传统的染料分子相比，量子点能够承受多次的激发和光发射，并有持久 的稳定性，从而能够稳定的接受观察甚至进行界面修饰连接。具有丰富颜
色的量子点是的通过控制观测工具的大小精确定位生物大分子肌细胞成为
可能。
应用前景
半导体器件