半导体纳米颗粒载流子的超快弛豫过程

摘要

半导体纳米材料具有大的非线性系数及超快的光学响应速度，使其有可能成为制作未来高速信息技术器件最理想的材料。特别是其所具有的超快响应特性，有可能突破现有电子器件的响应速度限制，从而使信息处理的速度产生质的飞跃。近年来，围绕着半导体纳米材料超快响应特性，学者们作了大量的实验和理论工作，对超快响应的机制作了深入的研究。针对现有研究现状中存在的问题，本文对半导体纳米材料的超快响应特性作了一些理论的探讨，主要工作有：
　　 1.简单介绍了纳米材料的主要特性和物理理论，然后对常用的实验方法进行了说明。
　　 2.建立了载流子弛豫过程的模型。通过分析量子限制效应及表面效应，总结了半导体纳米颗粒的能级结构，结合载流子的弛豫特征，发现载流子的弛豫过程可用电子速率方程来描述。
　　 3.运用数值模拟方法讨论了激发密度、表面态密度及俘获态电子的弛豫率对弛豫过程的影响。讨论结果表明，激发密度的增大及表面态的减少都会导致表面态上电子的饱和，使导带上出现电子的积累，导带电子寿命增大；深俘获态电子的弛豫是影响材料响应速度的主要因素。最后应用此模型对近红外泵浦探测实验的结果进行分析，表明模型可望在实验结果分析上得到应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 纳米材料的物理理论

1.1.1 久保（Kubo）理论

1.1.2 量子尺寸效应

1.1.3 小尺寸效应

1.1.4 表面效应

1.1.5 宏观量子隧道效应

1.1.6 库仑堵塞及量子隧道效应

1.1.7 介电限域效应

1.2 半导体纳米晶

1.3 论文主要研究内容

第二章 超快动力学实验方法

2.1 超短脉冲激光发展回顾

2.1.1 钛宝石激光器

2.1.2 惆啾脉冲放大

2.1.3 激光波长拓展

2.2 瞬态吸收（泵浦-探测）

2.3 瞬态荧光

2.2.1 荧光上转换技术

2.2.2 光学克尔门技术

2.3 四波混频技术

2.4 Z-扫描技术（Z-SCAN）

2.4.本章小结

第三章 载流子超快弛豫物理模型

3.1 半导体纳米颗粒的量子限制效应

3.2 表面态

3.3 基本弛豫过程

3.3.1 载流子激发

3.3.2 载流子的重毅分布（带内弛豫）

3.3.3 载流子俘获与复合

3.4 速率方程

3.5 本章小结

第四章 数值模拟研究和结果

4.1 激发密度对弛豫过程的影响

4.2 表面态密度对弛豫过程的影响

4.3 深能级弛豫率对弛豫过程的影响

4.4 泵浦探测实验结果分析

4.5 本章小结

第五章 总 结

参考文献

在校期间发表的论文

致 谢