CdSe/ZnS半导体量子点电子结构的理论研究

摘要

近年来，半导体量子点在科学研究中得到了广泛的应用，同时也引起了人们更多的关注，无论从理论上还是实验上半导体量子点的研究都取得了很大的进展，但是由于量子点结构复杂，所以到目前为止量子点的电子结构和发光特性仍然不是十分清楚，还需要进一步的研究。本文主要从理论上对CdSe/ZnS量子点的电子结构进行了计算，为进一步研究量子点发光特性与应用提供理论基础。 第一，利用半经验紧束缚近似方法对CdSe/ZnS量子点的电子结构进行了计算。首先建立了CdSe量子点中电子的薛定谔方程，通过求解薛定谔方程得到量子点中电子和空穴各存在一临界半径。根据它们各自临界半径的不同而将量子禁戒分为三种类型：弱限制范围，居间限制范围和强限制范围。其次利用半经验紧束缚近似法，并根据文献中的数据求解CdSe量子点和CdSe晶体的能带结构。最后对结果进行了讨论，解释了量子点能级分裂和发射光谱窄的原因。 第二，使用有效质量近似方法计算了CdSe/ZnS量子点中的激子能级。假定量子点表面为球形，且表面为无限势垒。在此基础上分别计算了量子点在强限制、居间限制和弱限制这三种范围内的激子能级，并分别讨论了在这三个区域中激子基态能级随量子点半径的变化关系。进一步说明随着量子点半径的减小激子能级逐渐增大。 第三，在本文的最后讨论了量子点的发光途径以及影响量子点光谱性质的主要因素(激发光功率、量子点尺寸分布、外度环境等)。由于量子点所处的外部环境很有可能影响量子点的荧光光谱。因此量子点发光特性的研究还有待进一步努力。并且在文章的结尾对后续工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1半导体量子点的基本概念

1.2半导体量子点的发光特性

1.3半导体量子点的应用

1.4量子点在应用中存在的一些问题

1.5量子点电子结构研究进展

1.6论文的出发点和主要工作

第二章 量子点电子结构的紧束缚近似计算

2.1 CdSe/ZnS量子点的量子禁戒效应

2.2半经验紧束缚近似方法简介

2.3半经验紧束缚方法计算CdSe/ZnS量子点的能级结构

2.4结果的分析和讨论

2.5激子模型对量子点能带结构的影响

第三章基于激子模型的CdSe/ZnS量子点的能级结构

3.1激子的基本概念和性质

3.2激子半径

3.3有效质量近似

3.4模型和数值解

第四章半导体量子点发光特性研究

4.1半导体量子点的发光途径

4.2量子点发光和激发光功率的关系

4.3量子点尺寸分布对量子点发光的影响

4.4量子点荧光谱线相对于吸收谱线的红移机理

4.5外部环境对量子点发光特性的影响

结论和展望

参考文献：

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢