ZnSe量子点敏化纳米TiO_2薄膜光电子特性研究

利用改进的直接吸附法制备核-壳ZnSe量子点敏化介孔掺镧nano-TiO_2复合薄膜.通过瞬态光伏和稳态表面光伏技术以及相应的检测手段,探测复合薄膜的微结构、光电子特性以及光生载流子在异质结薄膜中的传输机制.研究证实,包覆在Zn Se量子点外层的配体L-Cys主要通过其羧基与介孔nano-TiO_2表面未饱和的Ti原子键合,并完成量子点敏化复合薄膜的制备,由此实现对量子点在薄膜上沉积量的有效控制.实验结果表明:ZnSe量子点敏化nano-TiO_2薄膜的表面光伏响应出现在300—800 nm(紫外-可见-近红外)波长范围内,敏化后nano-TiO_2薄膜的光学带隙远小于敏化前薄膜以及ZnSe量子点的光学带隙;与具有p-型光伏特性的ZnSe量子点不同,敏化后薄膜显示出明显的n-型光伏特性,这将有利于光生电子由薄膜的外表面向光阳极基底方向迁移和注入;敏化后薄膜中光生载流子寿命、电子-空穴对分离速度和扩散长度的提高导致了瞬态光伏响应强度的增加和响应范围的扩大.     

InGaAs/GaAs量子链的光学特性研究

研究了InGaAs/GaAs量子链的稳态和瞬态光谱特性,特别是载流子的动力学过程.实验发现荧光寿命有很强的探测能量依赖关系,荧光寿命随发光能量的增加而减小;实验还发现,当激发功率较小时,荧光寿命随激发功率增大而增大,当激发功率足够大时,荧光寿命趋于饱和.这些结果清楚地表明,在量子链结构中,参与发光的载流子之间存在明显的耦合和输运现象,进一步分析表明,这种输运主要是由于载流子沿量子链方向的耦合造成的.发光的偏振特性研究进一步证实了载流子沿量子链方向输运过程. 关键词： InGaAs/GaAs 量子点 量子链     

载流子热迁移对自组织量子点光致荧光的影响

自组织量子点光致荧光的温度依赖性研究对实现高效的量子点光电器件有着非常重要的意义,而量子点中载流子的动力学过程会对量子点光致荧光产生直接影响。采用稳态速率方程模型,在考虑了自组织量子点中载流子热迁移的情况下,模拟获得了不同温度下自组织量子点的光致荧光光谱,并着重研究了三组具有不同基态能量的量子点的光致荧光强度随温度的变化。研究表明,随着温度升高,基态能量较高的量子点光致荧光强度减弱,而基态能量较低的量子点光致荧光强度则增强,当温度达到一定值时,所有量子点的光致荧光都将发生热猝灭。     

空穴传输材料对CdSe核壳量子点的荧光影响

用稳态光谱和时间分辨光谱技术研究了空穴传输材料对CdSe/ZnSe 与CdSe/ZnS核壳量子点的荧光影响。结果表明,空穴传输材料对量子点有较强的猝灭作用,随空穴传输材料分子浓度的增加,量子点的荧光强度明显地被猝灭,同时量子点的荧光寿命也被减短。两种不同空穴传输分子对CdSe/ZnSe量子点的荧光猝灭明显不同。在与相同空穴传输分子相互作用时,包覆ZnS壳层的CdSe核壳量子点荧光猝灭效率明显低于包覆ZnSe壳层的CdSe核壳量子点。量子点的荧光猝灭过程可以解释为静态猝灭和动态猝灭过程,其中静态猝灭来源于量子点表面与空穴传输材料间相互作用,而动态猝灭则主要来源于量子点到空穴传输材料的空穴转移过程。实验结果表明空穴传输材料的种类以及核壳量子点的壳层结构都对其荧光猝灭效应起关键作用。     

水溶性CdTe量子点的稳态和纳秒时间分辨光致发光光谱

报道了以飞秒脉冲激光为激发光源的水溶性CdTe量子点(QDs)的稳态荧光光谱和纳秒时间分辨荧光光谱.实验发现CdTe量子点的荧光光谱峰值位置随激发波长变化发生明显移动，激发脉冲波长越长，荧光峰位红移越大.荧光动力学实验数据显示，在400nm和800nm脉冲激光激发下，水溶性CdTe量子点的荧光光谱中均含有激子态和诱捕态两个衰减成分，两者的发射峰相距很近，诱捕态的发射峰波长较长.在800nm脉冲激光激发下的诱捕态成分占总荧光强度的比重比400nm激发下的约高3倍，其相对强度的这种变化导致了稳态荧光发射峰位的红移. 关键词： CdTe 量子点 时间分辨 荧光光谱 上转换荧光     

基于InGaN量子点的发光二极管载流子复合动力学研究

InGaN半导体材料具有带隙宽度通过改变In组分可调的特点,被广泛应用在新一代光电子器件中,但绿光LED依然存在"绿隙(green gap)"问题有待解决。本文深入研究载流子复合机制,为解决"绿隙"提供新思路。利用光致荧光光谱(PL)和时间分辨光谱(TRPL)研究了不同温度下对应不同光子能量的InGaN量子点(QDs)发光二极管器件的载流子复合动力学过程,得到了InGaN QDs的瞬态光致发光特性和辐射/非辐射复合的瞬态寿命。稳态光致发光谱在15～300 K的温度范围内,峰值出现先蓝移再红移(S-shaped)的偏移现象,发射峰值蓝移约4.2 meV,在60 K时达到最大值,随后发射峰红移,形成随温度呈S形的变化。这种变化说明QDs结构中载流子局域化行为,激子复合是InGaN量子点绿光发射的主要原因。通过拟合不同温度下的归一化PL积分强度,获得激活能E_(act)约为204.07 meV,激活能较高,证明了InGaN量子点具有较强的载流子限制作用,可以更好抑制载流子向非辐射复合中心迁移,内量子效率(internal quantum efficiency)为35.1%。InGaN QDs中自由载流子复合的平均复合寿命τ_(rad)=73.85ns。能量边界值E_(me)=2.34 eV远高于局域深度E_0=62.55 meV,可见能级完全低于迁移率边缘,因此InGaN QDs寿命衰减归因于载流子局域态复合。通过使用改进的光谱数据分析手段对基于内嵌量子点新结构的荧光器件进行研究,得到了有意义的结论,为进一步了解InGaN量子点内部发光机理和研制新一代照明器件提供借鉴,说明引入InGaN量子点对光电器件的发展具有很好的推动作用。     

CdSe/ZnSe异质结构中Zn1－xCdxSe量子岛(点)的显微荧光光谱和显微拉曼光谱研究

利用显微荧光和显微拉曼光谱,研究了分子束外延生长的CdSe/ZnSe异质结构中,由两种不同机理形成的两类具有不同尺寸和组分的Zn1-xCdxSe量子岛.4.2 K时的显微荧光光谱表明,当CdSe淀积厚度由1.8 ML增加到2.3ML时,Zn1-xCdxSe量子岛的激子荧光峰有166 meV的较大红移,这是量子岛尺寸改变引起的量子限制势能变化所不能完全解释的.经过对样品的显微荧光和显微拉曼光谱的对比分析,发现还存在另外两种引起量子岛荧光峰较大红移的机理：一方面是因为随着CdSe淀积厚度的增加,具有更低能态的大岛密度的增加,并逐渐取代小岛而主导Zni-xCdxSe量子岛的荧光性质;另一方面是由于CdSe/ZnSe量子结构中的两类量子岛的Cd组分浓度也会随CdSe淀积厚度的增加而增加,从而引起量子岛荧光峰的较大红移.     

基于不同泵浦波形的荧光寿命测量

该文从理论上分析了不同泵浦波形下的荧光衰减规律,提出了一种在不同泵浦波形下测量荧光寿命的新方法——双脉冲探测法,即利用探测泵浦脉冲与荧光衰减脉冲的方法测量荧光寿命。通过对样品钕玻璃及Cr:ZnSe晶体的荧光寿命测量表明:利用该方法在不同泵浦波形下能够实现可见及近红外到中红外激光介质的荧光寿命测量。因此,利用该测量方法能够方便、有效的避免通过解卷积求样品荧光寿命的繁琐过程,对测量激光介质在不同泵浦波形下的荧光寿命具有参考价值。     

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。     

以巯基丙酸为稳定剂的水溶性CdTe量子点的水热合成及表征

以巯基丙酸(MPA)为稳定剂,采用水热合成方法在160 ℃下合成水溶性CdTe量子点。研究了不同反应时间及反应前驱体溶液的不同pH值对合成的CdTe量子点光学性质的影响。结果表明:所制得的CdTe量子点的荧光发射波长在510~661 nm范围内连续可调,并且CdTe量子点的光学性质强烈地依赖于反应前驱体溶液的pH值,最佳pH值为9。透射电子显微镜和X射线衍射分析表明所制备的CdTe量子点的形状接近于球形,粒径分布较均匀。与回流方法制备的水溶性量子点相比,高温条件下的水热合成方法简单,反应时间短,CdTe量子点生长速度快,100 min就可生长到3.5 nm,并且所制得的CdTe量子点荧光强度高,稳定性好,荧光量子产率也较高,最高可达44.6%。     

Influence of pH on luminescence from water-soluble colloidal Mn-doped ZnSe quantum dots capped with different mercaptoacids

Water-soluble ZnSe/ZnS core–shell quantum dots with ZnSe core doped by manganese ions show different luminescence response to pH changes in aqueous solutions depending on the type of solubilizing agents (thioglycolic acid, mercaptoundecanoic acid, sodium mercaptopropylsulfonate). In the case of long-chain mercaptoundecanoic acid only excitonic emission is affected by pH changes. Short-chain thioglycolic acid brings about equal excitonic/Mn emission variations with pH, while mercaptopropylsulfonate-stabilized quantum dots are insensitive to pH. The mechanism discussed here is based on the competition between different relaxation channels for excited excitons in ZnSe: excitonic radiative recombination, energy transfer to Mn ion and the photogenerated electron trapping due to the presence of protonated carboxyl group. ZnSe:Mn/ZnS quantum dots stabilized with long-chain mercaptoacids may be used as a new type of fluorescence ratiometric pH-sensor or indicator.     

ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点发光光谱特性的研究

ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点是一种无毒,无重金属的“绿色”半导体纳米材料。在研究中,制备了三种尺寸的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核壳量子点,其直径分别为3.3,2.7,2.3 nm。通过测量不同尺寸的ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的光致发光光谱,其发射峰值波长随尺寸的减小而蓝移。其吸收峰值波长和发射峰值波长分别是510,611(3.3 nm),483,583(2.7 nm)以及447,545 nm(2.3 nm)。ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点具有显著的尺寸依赖效应。ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的斯托克斯位移分别为398 meV(3.3 nm),436 meV(2.7 nm)以及498 meV(2.3 nm),这样大的斯托克斯位移证明,ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点的发光机制与缺陷能级有关。同时,对直径为3.3 nm的ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点进行了温度依赖的光致发光光谱的测量,当温度为15～90 ℃时,该量子点发射峰值波长随温度的升高而红移,发光强度随温度的升高而降低,说明ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子点是以导带能级与缺陷能级之间跃迁为主的复合发光。     

近红外量子点的发光机理研究

近红外量子点具有独特的光学性质,如荧光量子产率高,荧光寿命长,荧光发射波长可调,半峰宽窄且斯托克斯位移较大,耐光漂白能力强等, 及“近红外生物窗口”的优势,使它们在生物荧光标记、太阳能电池、量子化计算、光催化、化学分析、食品检测及活体成像等领域具有巨大的潜在应用价值。目前对近红外量子点的发光机理研究还不够完善,针对国内外的研究现状,重点对核/壳结构的量子点(CdTe/CdSe,CdSe/CdTe/ZnSe等)、三元量子点(Cu-In-Se,CuInS₂等)和掺杂型量子点(Cu∶InP等)三种不同类型近红外量子点的发光机理进行了综述。其中,Type-Ⅱ型核/壳结构量子点的发光机理多为带间复合发光,三元量子点以本征缺陷型发光为主,掺杂型量子点多为杂质缺陷型发光。探讨了近红外量子点发光原理存在的问题及发展的方向。对近红外量子点的发光机理进行系统地研究不仅有助于我们理解近红外量子点的发光性质,而且对完善相似高品质量子点的合成方法具有重要意义。     

胶体水相法制备高量子产率及高稳定性的水溶性ZnSe量子点

采用简便的胶体水相法制备了高荧光强度且稳定性良好的ZnSe量子点(ZnSe QDs),克服了以往水相合成法稳定性差、量子产率低等缺陷。优化后的最佳合成条件为：以还原型L-谷胱甘肽作为稳定剂,L-谷胱甘肽∶Se2-∶Zn2+摩尔比为5∶1∶5,介质pH 10.5,反应温度在90～100 ℃之间。且合成后不需要采取任何光照后处理,ZnSe QDs的量子产率(QYs) 即可高达50.1%,放置3个月后荧光强度基本不变,水溶性优良。用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)、荧光分光光度法(FL)、透射电子显微镜(TEM)等分析检测手段,对得到的ZnSe QDs的性能进行表征。合成的量子点在300 nm激发下发蓝紫色荧光(370 nm),其优良的光化学特性将有利于其在光热器件的制造及化学生物领域的应用。     

Electroluminescence of colloidal ZnSe quantum dots

The article reports a green chemical synthesis of colloidal ZnSe quantum dots at a moderate temperature. The prepared colloid sample is characterised by UV-vis absorption spectroscopy and transmission electron microscopy. UV-vis spectroscopy reveals as-expected blue-shift with strong absorption edge at 400 nm and micrographs show a non-uniform size distribution of ZnSe quantum dots in the range 1-4 nm. Further, photoluminescence and electroluminescence spectroscopies are carried out to study optical emission. Each of the spectroscopies reveals two emission peaks, indicating band-to-band transition and defect related transition. From the luminescence studies, it can be inferred that the recombination of electrons and holes resulting from interband transition causes violet emission and the recombination of a photon generated hole with a charged state of Zn-vacancy gives blue emission. Meanwhile electroluminescence study suggests the application of ZnSe quantum dots as an efficient light emitting device with the advantage of colour tuning (violet-blue-violet).     

Time-gated biological imaging by use of colloidal quantum dots

The long (but not too long) fluorescence lifetime of CdSe semiconductor quantum dots was exploited to enhance fluorescence biological imaging contrast and sensitivity by time-gated detection. Significant and selective reduction of the autofluorescence contribution to the overall image was achieved, and enhancement of the signal-to-background ratio by more than an order of magnitude was demonstrated.     

Preparation of Highly Biocompatible ZnSe Quantum Dots Using a New Source of Acetyl Cysteine as Capping Agent

In this paper, we describe a facile method for preparation of ZnSe quantum dots (QDs) using an inexpensive and biocompatible source of acetyl cysteine in aqueous media. The structural properties of the ZnSe QDs have been characterized using XRD, FT-IR, and TEM techniques. The optical properties of the as-prepared QDs were found to be size-dependent, due to the strong confinement regime at relatively low refluxing time. Effect of solution pH and refluxing temperature on absorption and emission characteristics of the ZnSe QDs was studied. The empirical effective mass approximation also reveals that, both solution pH and refluxing temperature parameters would effect on ZnSe QDs growth, and increase their size. However, the influence of the solution pH was found to be more prominent. Water-solubility, high emission intensity and sub-10 nm nanocrystals size are the most essential features that suggest our synthesized aqueous-based ZnSe QDs (with a very cost-effective and biocompatible capping agent) can be utilized for biological intentions.     

Abnormal Energy Dependence of Photoluminescence Decay Time in InGaN Epilayer

We employ photoluminescence (PL) and time-resolved PL to study exciton localization effect in InGaN epilayers.By measuring the exciton decay time as a function of the monitored emission energy at different temperatures,we have found unusual behaviour of the energy dependence in the PL decay process. At low temperature, the measured PL decay time increases with the emission energy. It decreases with the emission energy at 200K, and remains nearly constant at the intermediate temperature of 12OK. We have studied the dot size effect on the radiative recombination time by calculating the temperature dependence of the exciton recombination lifetime in quantum dots, and have found that the observed behaviour can be well correlated to the exciton localization in quantum dots. This suggestion is further supported by steady state PL results.