CdSe/ZnSe/ZnS多壳层结构量子点的制备与表征

展示了一种简捷的多壳层量子点合成路线。在含有过量Se源的CdSe体系中直接注入Zn源,"一步法"合成了CdSe/ZnSe量子点;进一步以CdSe/ZnSe为"核",表面外延生长ZnS壳层制备了核/壳/壳结构CdSe/ZnSe/ZnS量子点。相对于以往报道的多壳层结构量子点的制备方法,该方法通过减少壳层的生长步骤有效地简化了实验操作,缩短了实验周期,同时减少对原料的损耗。对量子点进行高温退火处理,能够大幅提高CdSe/ZnSe/ZnS量子点的发光量子产率。透射电镜、XRD以及光谱研究表明:所制备的量子点接近球形,核与壳层纳米晶均为闪锌矿结构,最终获得的CdSe/ZnSe/ZnS量子点的光致发光量子产率达到53％。为了实现量子点的表面生物功能化,通过巯基酸进行了表面配体交换修饰,使量子点表面具有水溶性的羧基功能团,并且能够维持较高的光致发光量子产率。     

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。     

基于紫外光辐照条件下制备ZnSe/ZnS核壳结构量子点

对传统的水相合成法进行改进,采用更加安全、简便、经济、环保的紫外光辐照方法在室温下合成了ZnSe/ZnS核壳结构量子点。调节pH值、光照时间、反应物配比等实验条件,优化了制备ZnSe/ZnS量子点核壳结构的最佳生长与修饰条件,使其具有良好色散、时间稳定性和发光特性。紫外线照射可以激发自由电子引发化学反应,研究使用了巯基乙酸(TGA)和谷胱甘肽(GSH)作为稳定剂和分散剂,用来控制ZnSe量子点的生长,得到分散均匀的ZnSe量子点。引入的光敏材料是形成ZnS的S源。利用X射线衍射(XRD)、电子显微镜(EM)、能量色散谱仪(EDX)、光致发光光谱(PL)和紫外可见光谱(UV-Vis)对量子点的晶体结构和光学性质进行了表征。结果表明, GSH修饰的ZnSe量子点相比于TGA修饰的ZnSe量子点呈现出更好的稳定性与较少的表面缺陷。ZnS的壳层生长能有效地弥补这一缺陷,但过厚的壳层会导致本征辐射的猝灭。该实验深入探索此类制备方法,并就各类影响因素和合成条件做出细致补充。实验结果结合理论分析得出ZnSe/ZnS核壳结构量子点的最佳合成条件。     

Mn掺杂ZnSe量子点变温发光性质研究

量子点(QD)照明器件中电流导致的焦耳热会使其工作温度高于室温,因此研究量子点的发光热稳定性十分重要。本文利用稳态光谱和时间分辨光谱研究了具有不同壳层厚度的Mn掺杂ZnSe(Mn: ZnSe)量子点的变温发光性质,温度范围是80～500 K。实验结果表明,厚壳层(6.5单层(MLs))Mn: ZnSe量子点的发光热稳定性要优于薄壳层(2.6 MLs)的量子点。从80 K升温到400 K的过程中,厚壳层Mn: ZnSe量子点的发光几乎没有发生热猝灭,发光量子效率在400 K高温下依然可以达到60%。通过对比Mn: ZnSe量子点的变温发光强度与荧光寿命,对Mn: ZnSe量子点发光热猝灭机制进行了讨论。最后,为了研究Mn: ZnSe量子点的发光热猝灭是否为本征猝灭,对具有不同壳层厚度的Mn: ZnSe量子点进行了加热-冷却循环(300-500-300 K)测试,发现厚壳层的Mn: ZnSe量子点的发光在循环中基本可逆。因此,Mn: ZnSe量子点可以适用于照明器件,即使器件中会出现不可避免的较强热效应。     

ZnSe:Cu/CdS核壳量子点的合成及光学性能研究

以CdS为壳层材料对核水溶性ZnSe:Cu量子点进行包覆,得到ZnSe:Cu/CdS核壳结构的量子点。研究了壳层厚度对ZnSe:Cu量子点光学性能的影响,采用TEM、XRD、PL和UV-Vis手段对所得样品进行表征。实验结果表明:量子点为立方闪锌矿结构,分散性好,形状为球形,经壳层修饰后量子点的粒径由2.7 nm增大到4.0 nm。随着包覆CdS壳层数的增加,量子点的发射和紫外吸收谱红移,说明量子点在长大,证明CdS壳层生长在ZnSe:Cu量子点的表面,形成了核壳结构的ZnSe:Cu/CdS量子点。包覆CdS壳层后ZnSe:Cu量子点的发光强度减弱,但稳定性得到了提高。     

ZnSe(ZnS)纳米晶与MEH-PPV的共掺有机电致发光器件

采用水相法合成核壳结构ZnSe/ZnS 纳米晶,经X射线衍射(XRD)分析和透射电子显微镜(TEM)表征,证实所制备的样品为立方晶型闪锌矿结构ZnSe/ZnS量子点。按照一定的质量比将ZnSe/ZnS 纳米晶和有机聚合物MEH-PPV(poly ) 共掺并将其作为发光层,分别制备单层和多层有机电致发光器件,结构为ITO/MEH-PPV∶ZnSe(ZnS)(50 nm)/Al和 ITO/PEDOT∶PSS(70 nm)/ MEH-PPV∶ZnSe(ZnS)(50 nm)/BCP(15 nm)/Alq₃(12 nm) /LiF(0.5 nm)/Al。实验结果表明,多层发光器件的发光特性与单层器件不同,工作电压的增大使其发光峰发生了明显的蓝移。     

CdSe/ZnSe/ZnS量子点在单晶太阳能电池中的应用

将CdSe/ZnSe/ZnS量子点掺入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,研究了量子点的发光下转移特性。将420 nm长波滤光片盖在单晶电池上,使电池对300~420 nm波段光谱响应几乎为零,同时排除下转移层抗反射效应的影响,再在滤光片表面制备下转移层,观察到了外量子效率(EQE)值的提升,说明所用量子点可以应用于对300~420 nm波段光谱响应几乎为零的电池上实现频率的下转移,提高EQE。对量子点在太阳能电池中应用的可能性进行了分析,并根据本实验中测得电池的EQE数据,计算了该电池获得提升所需量子点最低的整体荧光量子效率值为87.8%。     

壳层相关的CdSe核/壳量子点发光的热稳定性

测量了CdSe/ZnS(3 ML)核/壳结构及CdSe/CdS(3 ML)/ZnCdS(1 ML)/ZnS(2 ML)核/多壳层结构量子点在80~460 K范围内的光致发光光谱,研究了壳层结构对CdSe量子点发光热稳定性的影响。详细地分析了CdSe量子点的发光峰位能量、线宽和积分强度与温度之间的关系,发现CdSe量子点的发光热稳定性依赖于壳层结构。CdS/ZnCdS/ZnS多壳层结构包覆CdSe量子点在低温和高温部分的热激活能均大于ZnS壳层包覆的CdSe量子点,具有更好的发光热稳定性。此外,在300-460-300 K加热-冷却循环实验中,CdS/ZnCdS/ZnS多壳层结构包覆CdSe量子点的发光强度永久性损失更少,热抵御能力更强。     

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。     

ZnS薄膜参数对有机/无机复合发光器件特性的影响

半导体量子点(QDs)具有发光效率高和发光波长可调等特点。采用胶体CdSe QDs作电致发光器件的有源材料,TPD(N,N′-biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine)作空穴传输层,ZnS作电子传输层,研究了有机/无机复合发光器件ITO/TPD/CdSe QDs/ZnS/Ag的电致发光特性。TPD和CdSe QDs薄膜采用旋涂方法、ZnS薄膜采用磁控溅射方法沉积,器件表面平整。CdSe QDs的光致发光和电致发光谱峰位波长均位于～580 nm,属于量子点的带边激子发光。我们与以前的ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag发光器件结构进行了对比,发现新的器件结构的电致发光谱没有观察到QDs表面态的发光,而且新器件的发光强度是ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag结构的～10倍。发光效率的提高归因于碰撞激发与载流子注入两种发光机制并存的结果：一方面电子经过ZnS 层加速后,碰撞激发CdSe QDs发光;另一方面,空穴从TPD层注入CdSe QDs 与QDs中激发的电子复合发光。我们进一步研究了ZnS电子加速层厚度对发光特性的影响,选择ZnS薄膜的厚度分别是80,120 和160 nm,发现随着ZnS层厚度增大,器件启亮电压升高,EL强度增大,但是击穿电压降低。EL峰位随着ZnS厚度的减小发生明显蓝移,对上述实验现象进行了机理解释。     

基于ZnSe/Ag/ZnSe可见区透明导电薄膜

利用红外光学材料ZnSe和金属Ag在室温下采用电子束蒸发镀膜技术研制了透明导电薄膜ZnSe/Ag/ZnSe,该薄膜的电子浓度为1.208×1020 cm－3,电子迁移率和电阻率分别为17.22 cm2 V－1 s－1和2.867×10－5 Ω·cm,功函数达到5.13 eV,在可见区的平均透过率理论模拟值超过80%,而测量结果为63.8%,测量的最高透过率为83%.结果表明,该透明导电薄膜具有良好的光学和电学性能,可作为透明电极应用于发光二极管等光电子器件中.     

基于ZnSe/Ag/ZnSe可见区透明导电薄膜

利用红外光学材料ZnSe和金属Ag在室温下采用电子束蒸发镀膜技术研制了透明导电薄膜ZnSe/Ag/ZnSe,该薄膜的电子浓度为1.208×1020cm-3,电子迁移率和电阻率分别为17.22 cm2 V1s-1和2.867×10-5Ω·cm,功函数达到5.13 eV,在可见区的平均透过率理论模拟值超过80％,而测量结果...     

The effects of Mn concentration on spin-polarized transport through ZnSe/ZnMnSe/ZnSe heterostructures

We have studied the effects of Mn concentration on the ballistic spin-polarized transport through diluted magnetic semiconductor heterostructures with a single paramagnetic layer. Using a fitted function for zero-field conduction band offset based on the experimental data, we found that the spin current densities strongly depend on the Mn concentration. The magnitude as well as the sign of the electron-spin polarization and the tunnel magnetoresistance can be tuned by varying the Mn concentration, the width of the paramagnetic layer, and the external magnetic field. By an appropriate choice of the Mn concentration and the width of the paramagnetic layer, the degree of spin polarization for the output current can reach 100% and the device can be used as a spin filter.     

Charge accumulation in Ge quantum dots in a GaAs/ZnSe/QD-Ge/ZnSe/Ge floating gate transistor structure

A GaAs/ZnSe/QD-Ge/ZnSe/Ge germanium-quantum-dot floating-gate transistor structure is obtained and investigated by molecular beam epitaxy. It has been shown that a positive change in the channel current is observed upon light illumination with wavelengths longer than 0.5 μm and a negative change is observed for shorter wavelengths, which is associated with charging of quantum dots. Measurements of relaxation curves after switching off the illumination show that the decay of the current lasts for from tens of seconds to several hours, depending on the temperature of the sample. The changes in the channel current and relaxation curves indicated above are explained based on the existence of three types of transitions in quantum dots upon radiation absorption with allowance made for the variation of the channel state near the heteroboundary from depletion to inversion as a result of charge accumulation in quantum dots.     

Magnetic properties of Fe/ZnSe/Fe trilayers

The magnetic properties of Fe/Zn/Fe trilayers have been studied by ferromagnetic resonance and magnetization measurements. These measurements have been used to investigate the magnetic anisotropy of the iron layers and the magnetic coupling across the semiconductor spacer. The angular dependence of the resonance spectra has been measured in-plane and out-of-plane in order to deduce magnetic anisotropy constants of the samples. Experimental data were fitted by using an energy-density expression that includes bulk cubic anisotropy, growth-induced uniaxial in-plane anisotropy and perpendicular-surface anisotropy terms. A small ferromagnetic coupling is observed in the trilayers with spacer thickness up to .     

ZnSe及ZnSe/GaAs异质结构中压力导致的直接禁带向间接禁带的转变

用经验赝势方法计算了体ZnSe以及ZnSe/GaAs单异质结系统中ZnSe外延层г、X、L等特殊对称点导带底能量随压力的变化。结果表明，同Si、Ge、GaAs等半导体材料不同，ZnSe的X点导带底具有正的压力系数，但比г点的压力系数小，这是ZnSe材料以及ZnSe基异质结构材料发生直接禁带向间接禁带的转变时所需转变压力较大的根本原因。研究了ZnSe/GaAs异质结构中晶格失配造成的应变对外延层г、X、L对称点压力系数的影响，表明这种晶格失配造成的应变可以极大地减小ZnSe外延层材料由直接禁带向间接禁带的转变压力。