掺杂半导体纳米晶体的荧光性质研究

摘要

由于量子尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等，半导体纳米晶体呈现出迥异于体材料的光电性质，在照明显示、太阳能电池、生物标记等领域的应用也取得了一定的发展。和普通纳米晶相比，掺杂纳米晶又具有一些特别的性质。例如，和未掺杂的ZnSe纳米晶相比，掺锰的ZnSe纳米晶由于具有大的斯托克斯位移，几乎没有自吸收。本文围绕掺Mn纳米晶，做了以下几个方面的研究: 1、通过改进的生长掺杂法（吸附温度的降低和吸附后提纯）来控制Mn2+离子在纳米晶中的位置，合成了束缚对称性渐变的四个掺Mn纳米晶样品。对于掺Mn纳米晶的光学性质，主要考虑的是荧光峰位和荧光寿命。首先，核壳纳米晶中核壳之间的晶格失配会产生应力，进一步计算应力所带来的荧光峰位移动。然后再考虑束缚对称性所带来的影响。掺Mn纳米晶的磁学性质通过电子顺磁共振(EPR)谱来表征。EPR谱的参数还反映了共价性的变化，并和对荧光性质产生影响的晶体场强弱建立了直观的联系。 2、ZnSe∶Mn/ZnSe纳米晶性质的温度依赖性在77-297 K范围内被研究。温度升高，荧光峰和以前报道结果相同，都兰移。处于纳米晶内部的Mn2+离子的荧光寿命先变长后变短。结合荧光强度的变弱和EPR谱的线宽变窄，两种影响荧光寿命的竞争机制被提出。束缚对称性对寿命变化趋势的转变温度也有影响。 3、初步研究了Mn2+离子在ZnSe∶Mn/ZnSe纳米晶中的扩散行为。主要通过荧光光谱随退火时间和退火温度的变化来探讨其对Mn2+离子扩散的影响。另外，电感耦合等离子体(ICP)发射仪被用来确定在退火实验各个阶段纳米晶中的元素含量，特别是Mn的含量，以此确认扩散过程的进行。 4、ZnSe∶Mn/ZnSe纳米晶的特征发光峰在585nm附近，与商用的YAG∶Ce相似，因此可应用于白光LED照明。利用发蓝光的LED芯片，涂上ZnSe∶Mn/ZnSe纳米晶。纳米晶吸收蓝光后发出的黄光和残余的蓝光混合得到白光。我们对纳米晶薄膜的厚度进行了测量以便得到一个较为理想的厚度。此外，我们对纳米晶进行SiO2包覆，这可以对纳米晶进行保护，使得到的白光LED性能更加稳定。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 纳米材料

1．2 掺杂半导体纳米晶的特性及应用

1．3 掺Mn纳米晶的合成方法

1．4 掺Mn纳米晶的研究进展

1．5 本文主要研究内容

第二章 杂质位置可控的掺Mn纳米晶应力、光学和磁学性质

2．1 引言

2．2 胶体掺杂纳米晶的制备

2．3 掺Mn纳米晶的表征

2．4 掺Mn纳米晶的微观结构、光学和磁学性质

2．5 应力、光学、磁学性质讨论

2．6 本章小结

第三章 ZnSe：Mn／ZnSe纳米晶性质的温度依赖性

3．1 引言

3．2 ZnSe：Mn／ZnSe纳米晶的制备

3．3 ZnSe：Mn／ZnSe纳米晶性质的温度依赖性

3．4 束缚对称性对荧光寿命温度依赖性的影响

3．5 本章小结

第四章 Mn2+离子在ZnSe：Mn／ZnSe纳米晶中的扩散

4．1 引言

4．2 实验过程

4．3 不同温度下Mn的扩散

4．4 不同时间下Mn的扩散

4．5 本章小结

第五章 ZnSe：Mn／ZnSe纳米晶在白光LED上的应用

5．1 引言

5．2 实验过程

5．3 白光LED的表征

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介及在读期间成果列表

致谢