掺杂半导体纳米晶的制备、生长机理及光学特性研究

• 作 者: 陈定安
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 半导体纳米晶 热循环-单前驱体法 掺杂改性 生长机理 光学特性

由于量子限域效应的作用，半导体纳米晶具有独特的光学性质，使得它在光电子器件和生物标记等领域有着广泛的应用前景，是当前一个非常热门的研究领域。本论文主要围绕核/壳结构纳米晶的制备方法，掺杂纳米晶的生长机理，纳米晶的色度学特性及其在固态显示与照明领域的应用展开研究。　　
使用“绿色化学”路线制备了CdSe、CdS和ZnSe等纳米晶，探讨了合成条件对纳米晶的影响，研究了它们的光学性质。　　
提出了一种新的合成路线，即“热循环-单前驱体法”，来制备高质量的核/壳结构纳米晶通过该方法，制备了高发光效率、高颜色饱和度、近单分散、不含合金层并且稳定的蓝光CdS/ZnS核/壳结构纳米晶。该方法不仅简化了核/壳结构纳米晶的制备方法，而且大大提高了纳米晶的光学性能，为纳米晶的大规模生产提供了可能。建立了一个定量的刻蚀法，深入地研究CdS/ZnS纳米晶沿粒子径向的元素分布，证实了纳米晶的核/壳结构，该方法也可以作为一个通用的技术手段定量分析各类核/壳结构纳米晶的内部结构。　　
采用成核掺杂和生长掺杂路线，合成了高质量的Cu: ZnSe和Mn: ZnSe掺杂纳米晶；研究了掺杂纳米晶的光学性质，研究了壳层厚度和环境温度对掺杂纳米晶荧光量子产率的影响。系统研究了半导体纳米晶掺杂中与温度相关的掺杂机理，揭示了在半导体纳米晶的掺杂过程中，一般至少包含四个独立的过程，它们分别是“表面吸附”、“晶格替代”、“晶格扩散”和“晶格排斥”，每个过程有各自的反应临界温度。进行成功掺杂的一个非常重要的因素是恰当地控制反应的温度，控制“晶格扩散”的程度，避免“晶格排斥”过程的发生。　　
以CdSe为例子，研究了半导体纳米晶的色度学特性，通过理论计算讨论了CdSe纳米晶粒径分布范围对其发光饱和度的影响。采用两种不同粒径的CdSe纳米晶配制出白光样品，提出了估计配色样品色度坐标的经验公式，对配色样品色度坐标的理论估计值与实验结果进行了比较和分析。探讨性地研究了半导体纳米晶LED在多彩显示和白光照明中的应用。