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Ⅱ-Ⅵ半导体是指Cd、Zn、Hg等Ⅱ族元素与S、Se、Te等Ⅵ族元素结合形成的化合物,如CdS、ZnSe、ZnS、CdSe等。Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点由于其带间跃迁类型为直接跃迁、禁带宽度变化范围大,而能满足应用方面的各种需求,近年来一直是半导体研究的热点方向。其中CdS是一种典型的Ⅱ-Ⅵ族半导体,其体材料的禁带宽度Eg为2.4 eV,在Ⅱ-Ⅵ族化合物中相对较小,是各种进阶结构中的重要组成部分。基于CdS量子点可以构建各种核壳结构,还可掺杂入各种金属阳离子(如Mn2+),在光发射器件方面有些很大的潜在应用。通过控制CdS量子点的颗粒尺寸和纳米结构,其发光波长可以很容易的在蓝光到红光范围内进行调节。 本论文主要以CdS量子点为研究对象,先后进行了有机物包裹、同族化合物无机核壳包覆、多层壳层包覆以及掺杂Mn2+的CdS量子点的研究,重点研究其光学性质。此外对MnS/ZnS核壳量子点的光学性质、FeTiSe2材料的热电性质也进行了相关研究。具体内容如下: 第一章介绍了半导体量子点的概念、发光原理和其研究进展,重点介绍了不同Ⅱ-Ⅵ族半导体量子结构和掺杂的合成方法和光学性质,总结了该领域主要的研究成果。 第二章研究了偶氮苯包裹CdS量子点的光学性质。为了修饰CdS量子点的表面缺陷,我们采用偶氮苯作为有机包裹物,成功制备出偶氮苯包裹的CdS量子点。CdS量子点在室温下的吸收谱显示出640 nm的吸收峰,而此吸收峰在CdS体材料或是未包裹的纳米颗粒中未被观测到。在温区8-270K范围内测量了变温荧光谱,发现了两个荧光峰。较宽的荧光峰位于460 nm处,由CdS核产生,另一个较弱的荧光峰位于667 nm处,强度随温度而改变,产生自表面激发态。 第三章研究了CdS/ZnS核壳量子点发光的温度依赖关系。CdS的有机包裹量子点的单色性不是很理想,而采用同族半导体的无机包覆形成核壳结构可以有效提高样品的光学性质,因此我们选择ZnS作为壳层材料。在样品合成中应用了一种改进的反胶束方法制备CdS/ZnS核壳量子点,得到大量量子点样品产物。XRD图案和吸收谱结果显示出量子点的纯度。测量了样品在不同激发光下的荧光谱,发现了核壳结构极大地增强了量子点的荧光性能,在荧光强度和单色性方面都有很大提升。温度依赖的荧光谱显示了峰位和半高宽的奇特变化。 第四章研究了CdS∶Mn2+/ZnS核壳量子点的温度依赖荧光谱。我们制备了CdS∶Mn2+/ZnS核壳量子点,引入发光性质优良的Mn2+提高了CdS/ZnS核壳量子点的荧光性能。与未包覆壳层的CdS∶Mn2+量子点相比,由于施主晶格上的电子-空穴对与Mn2+荧光中心间的能量传递效率高,CdS∶Mn2+/ZnS核壳量子点的荧光强度有极大的增强。因为电子声子耦合作用降低,随着温度升高,Mn2+荧光峰出现蓝移。由于激子的量子尺寸效应,CdS∶Mn2+/ZnS核壳量子点的荧光热猝灭性质介于CdS∶Mn2+体材料和CdS∶Mn2+量子点之间。 第五章利用反胶束法制备了CdS∶Mn2+/ZnS/SiO2多壳层的核壳量子点并包覆不同厚度的ZnS。实验结果表明,合成出的量子点尺寸均控制在10nm以内,分散性随着ZnS壳的变厚而变好,CdS、ZnS均为立方相结构。由其光学性质的研究发现,包覆ZnS能大幅提高量子点的发光强度及稳定性。随ZnS包裹层的厚度增加,发光强度先增强后降低,而发光单色性变好。与单壳层CdS∶Mn2+/ZnS核壳量子点相比,多壳层的CdS∶Mn2+/ZnS/S1O2量子点荧光强度的温度淬灭效应大幅降低。 第六章采用成核掺杂方法制备了MnS/ZnS核壳量子点。在8-300 K的温区内测量了MnS/ZnS核壳量子点随温度变化的荧光谱。橙光发射源自Mn2+离子的4T1→6A1跃迁;蓝光发射对应于ZnS的陷阱表面态的发射。当外界温度从8K升高到300 K,橙光发射向短波长移动,而蓝光向长波方向移动。橙光和蓝光的荧光强度随温度升高而降低,其中蓝光比橙光发射猝灭的更快。两个发射光对温度的依赖关系可以用热猝灭理论很好的加以解释。 第七章中首先介绍了热电材料的研究进展,通过化学气相沉积方法制备出了不同Fe含量的新热电材料FexTiSe2单晶样品。通过测量样品的热电势和电阻率数据,得到了功率因子与温度的关系曲线,相对于未掺杂的TiSe2和Cu掺杂的CuxTiSe2单晶,热电势和功率因子在数值上有很大的提升,尤其是在室温下。在TiSe2中插入Fe的插层后,显示出与CuxTiSe2完全不同的输运性质,表现出更多的金属性。在室温下FexTiSe2单晶的高功率因子数值表明FexTiSe2具有作为热电发电材料的潜力。 第八章研究了具有ZrCuSiAs类结构的SmFeAsO1-xFx化合物的超导性质。电阻率和磁化率测量显示出高达43 K的超导转变温度,突破了巴丁-库珀-施里弗理论(BCS理论)预测的40 K的超导温度极限。进一步又制备出不同F掺杂浓度的SmFeAsO1-xFx多晶,将超导温度提升到54 K,并制作出SmFeAsO1-xFx的x-T相图。