InAs自组织生长量子点超晶格的电学性质

　第19卷第6期 半　导　体　学　报 V o l.19,N o.6 1998年6月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S June,1998　

I nA s自组织生长量子点

超晶格的电学性质3

陈　枫1,2　封松林1　杨锡震2　王志明1　赵　谦1　温亮生2

(1中国科学院半导体研究所　半导体超晶格国家重点实验室　北京　100083)

(2北京师范大学物理系　北京　100875)

摘要　我们利用深能级瞬态谱(DL T S)研究了一系列InA s自组织生长的量子点超晶格样品,

确认样品中存在体GaA s缺陷能级EL2和InA s量子点电子基态能级.测得117和215原子层

InA s量子点电子基态能级相对于GaA s的导带底分别为100m eV和210m eV,量子点电子基

态的俘获势垒分别为0148eV和0130eV.

PACC:0750,7320

1　引言

在GaA s衬底上自组织生长的InA s量子点材料,有非常高的发光效率,在低维物理特性研究方面具有重要意义,并具有潜在的应用前景.当前报道最多的是利用光学方法研究量子点的发光特性和生长机理及其微观结构.多个研究小组在量子点的生长机理、材料性质、物理研究等方面发表了一些理论和实验的文章,在某些方面取得共识[1～3].国外有一个研究小组报道用InA s自组织生长量子点做成激光器原型器件[4].光学PL谱可测量量子点的发光特性,但一般给出的是电子空穴跃迁能量.由于量子点波函数的空间局域性,其对载流子的发射和俘获行为,与深中心会有类似之处;基于这一考虑,利用深能级瞬态谱(DL T S)测量量子点的载流子的激活能[5]和俘获势垒,可以直接得到量子点的能级,结合多声子弛豫理论,对量子点的大小,应力和密度等可得到定性或定量的结论.同时又可测量体材料的缺陷和与位错有关的能级,给出样品的能级分布和量子点的均匀程度等若干信息.

2　实验和讨论

样品是用V80H M K2II分子束外延(M B E)系统生长的,先在n+2GaA s衬底上生长　3国家攀登计划和国家自然科学基金资助项目(编号:69576032)

陈　枫　男,1975年出生,硕士,现从事量子点超晶格样品的电学性质的研究

封松林　男,1964年出生,研究员,现从事低维半导体物理性质的研究

杨锡震　男,1939年出生,副教授,现从事低维半导体物理性质和材料生长的研究

1997204224收到,1997207215定稿

1Λm的n+2GaA s缓冲层;而后在450℃,周期性交替生长10nm的GaA s和几原子层厚的InA s,共生长10个周期后,再覆盖50nm的GaA s间隔层;这样的10周期InA s GaA s量子点及50nm GaA s间隔层重复5次.最后再覆盖150nm的GaA s盖层.三组样品的InA s层厚度分别为015M L,117M L,215M L;整个样品为n型Si均匀掺杂,其中015M L样品的掺杂浓度为1×1017c m-3,其它样品掺杂浓度约为3×1016c m-3.其余的生长条件在参考文献[6]中提到.我们设计该样品有两个目的,一是为了提高量子点的密度,增加信号强度;二是利用50nm的GaA s间隔层来终止纵向自组织和应力,降低由应力产生的位错密度,提高样品质量.

测量仪器是匈牙利SE M ITRA P公司的DL S282E深能级瞬态谱仪,采用双锁相放大技

术给出DL T S信号.对四组样品在反向偏压为-015V(015M L样品的反向偏压为-115V)

,

图1　三组样品的DL T S谱填充脉冲偏压为0V,频率为5102H Z,填充脉宽为5m s下测得DL T S2温度曲线(图1).从图中可以看出,三组样品都有能级E1,有量子点的样品(117M L样品和215M L样品)[6]有能级E2.对于015M L的样品,由于掺杂较高,从电容计算测量的活性区在最表层的GaA s盖层内,因此能级E1与InA s层无关,是体GaA s缺陷的能级.由于各样品具有相同的结构和生长条件,结合各能级的位置来看,初步可确认三组样品的E1能级是体GaA s缺陷的能级EL2;有量子点样品的能级

E2是量子点的能级.下面对不同样品的各个能级具体测量和分析.

2.1　量子点能级的展宽

在DL T S测量中,对于某个深能级E,通常使用(1)、(2)式

e n=A T2exp(-E n kT)(1)

S(e n)=?C(∫T 2T 4exp(-t e n)d t-∫T3T 4exp(-t e n)d t)(2)来描述与温度(T)有关的载流子发射率(e n)和随发射率变化的DL T S信号(S(e n)).(1)中A=(gN cΡn〈v〉(1 T2))为一与温度无关的参数;E n为深能级的载流子激活能.(2)中积分项的上下限中的T为锁相放大器的频率的倒数;?C为瞬态的起始与稳态的电容差值.

由015M L和117M L的样品能级E1和E2的ln(e t n T2)21000 T图得到两个样品的能级参数:E1n(015M L)=0168eV,A1(015M L)=exp(15169);E1n(117M L)=0175eV,A1 (117M L)=exp(19137);E2n(117M L)=0158eV,A2(117M L)=exp(16182).利用这些参数结合深能级的测量公式(1,2),拟合这两个样品的DL T S2温度曲线.

从拟合结果(图2(a))可以看出015M L样品能级E1对应的DL T S峰的实验和拟合曲线符合较好.由此可以确定这个能级是单一的.117M L样品的能级E1和能级E2对应的峰由(1,2)式拟合(图2(b)),拟合的曲线比测量曲线要窄得多,说明能级有较大的展宽.一种可能的解释是:由于量子点的大小不均匀使得量子点的能级分布存在展宽;InA s层量子点的应力使其上的GaA s层也存在应力[7],从而使体GaA s的缺陷发生畸变,使其能级有微小204 半　导　体　学　报　19卷

改变,并且由于GaA s 层应力分布的不均匀使缺陷能级分布加宽.假定(2)中的?C

随能级

图2　0.5M L (图a )和1.7M L (图b )样品的DL T S 实验曲线(线)和拟合曲线(点)

在图b 中,b (c )是不考虑能级展宽能级E 1(E 2)的拟合曲线;a 是考虑能级分布展宽后E 1和E 2的拟合曲线.

成Gau ss 型分布,能级半宽为?E ,电容瞬态为非指数,深能级DL T S 2温度曲线由公式(3,4,5)给出.

?C (E )=A exp [-(E -E n )2 ?E 2n ]

(3)e n (E )=T 2[gN c Ρn 〈v 〉(1 T 2)exp (-E

kT )](4)

S (Σ)=∫∞0d E ?C (E )[∫T 2T 4exp (-t e n )d t -∫T 3T 4exp (-t e n )d t ](5)

对117M L 样品利用上式拟合DL T S 曲线,当?E 1n (117M L )=0106eV ,?E 2n (117M L )=0107eV 时,拟合曲线与实验曲线非常符合,如(图2(b ))所示.我们对215M L 的样品做同样的测量和分析,得到能级E 1,E 2的展宽?E 1n (215M L )为0114eV ,?E 2n (215M L )为0107eV .对于量子点样品来说,InA s 层厚度不同时,量子点尺寸分布的展宽变化是不大的,所以量子点能级分布的展宽变化也不大;但随着量子点变大,量子点的应力也变大,GaA s 层的应力分布也更不均匀,因此215M L 样品的E 1能级分布的展宽大于117M L 样品.

2.2　两种尺寸的量子点的比较

对117M L 的样品和215M L 的样品215M L 21做不同频率下的温度扫描谱,测得各自的E 2能级的参数:E 2n (117M L )=0158eV ,A (117M L )=exp (16182);E 2n (215M L )=0151eV ,A (215M L )=exp (17123).在发射率与温度的函数(式1)中,指数因子E n =E T +

E Ρ,E T 是深能级到GaA s 导带底的能级差,E Ρ是深能级的俘获势垒值

.当量子点俘获电子是个多声子弛豫过程时,存在俘获势垒E Ρ,它的俘获截面与温度的倒数和俘获势垒的乘积呈指数关系.我们对117M L 和215M L 的样品做了更进一步的测量,在不同频率下测得不同温度的俘获截面,发现俘获截面确是热激活的[8],各自的俘获势垒为E 2Ρ(117M L )=0148eV ,E 2Ρ(215M L )=0130eV .从量子点的大小来看,117M L 刚刚形成量子点,量子点的体积小,形成的束缚能级较高,离GaA s 导带的能距(E 2T )较小;而215M L 的样品形成的量子点较大,束缚能级低,离GaA s 导带的能距(E 2T )较大,这与测量结果(表1:E 2T )是相符合的.

利用多声子弛豫模型可以给测得的量子点能级的实验结果一个定性的解释.将量子点3046期 陈　枫等:　InA s 自组织生长量子点超晶格的电学性质

中的电子和其周围的原子看成一个系统,量子点的位形图如图3.

表1　三个样品的各个能级列表样品编号

E 1n eV E 2n eV E 2Ρ eV E 2T eV 0.5M L

0.691.7M L

0.750.580.480.10

2.5M L 210.800.510.300.21

纵坐标是系统的晶格弛豫能和电子的荷电能之和;横坐标是原子的位形,表示晶格弛豫的强弱.每条曲线分别对应着系统处在不同状态时的总能量.系统能量由(6)式描述:

E =K (Q -Q 0)2 2-E T

(6)系数K 是一个与原子间耦合强弱有关的量,它的大小决定能量曲线的曲率.Q 0是能量极小值对应的位形,它的大小反映了晶格畸变强弱.样品215M L 的能级E 1展宽?E 1n (215M L )

图3　量子点的位形示意图大,对应着InA s 层量子点的应力大于117M L 的样品;

当InA s 层的量子点的应力大,晶格位形的畸变大,束缚

电子与晶格耦合产生的畸变也更强,对应的Q 0也越大;

同时晶格原子之间的耦合也更强,(6)中样品215M L 的

能级E 2对应的K 值大于117M L 的样品的E 2对应的

K 值

.从图3中可以看出,在某些范围内, Q 0 增大,俘获势垒减小;K 增大,俘获势垒也减小.因此量子点变大

时俘获势垒是有可能变小的,这就解释了我们测得量子

点越大其电子热激活能反而下降的现象.

213　其他能级

从样品215M L 的DL T S 谱(图4)可以看出在能级E 1和E 2的DL T S 峰之间有一肩形,意味着还有一个低密度的能级.用E 1,E 2的能级参数结合(5)式拟合DL T S 2温度曲线,取?E 2n =0107eV ,?E 1n =0114eV 时,拟合得到的能级E 1和E 2的DL T S 峰,它们与实测曲线之差得到了中间的小峰,称之对应的能级为E 3.一种可能的解释是:在量子点的生长过程中,量子点并不是连续变大,而有可能是更易生成某些大小点.117M L 样品的DL T S 2温度曲线的低温部分有多个小峰也表明,其并非是一个展宽的能级的DL T S 峰,而是由多个能级形成的.

样品215M L 的实验DL T S 2温度曲线在低温部分比能级E 2(215M L )的拟合曲线要宽且高些,有可能是量子点的不均匀或有关位错的能级产生.

3　结论

我们成功地用深能级电容瞬态谱(DL T S )研究了量子点的电学特性,该方法虽比不上光学测量方法精确,但这种方法直观可行,不依赖于理论模型直接给出量子点的电学参数,并且测量范围较大,还可以得出体内的深能级包括位错的分布,密度等,这是光学不易做到的.215M L 样品的量子点的俘获势垒比117M L 样品的量子点的俘获势垒要小.由于应力和量子点大小的不均匀使得量子点的能级和体GaA s 的能级有一定的展宽.

404 半　导　体　学　报　19卷

参考文献

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[8]　陈枫,封松林,杨锡震,等,红外与毫米波学报,1997,16(8):241.

Electron ic Proprety of Self -Organ ized Grown

I nA s Quan tu m D ots Superla ttice

Chen Feng 1,2,Feng Songlin 1,Yang X izhen 2,W ang Zh i m ing 1,

Zhao Q ian 1,W en L iangsheng

2(1N ational L aboratory f or S up erlattices and M icrostructrues ,Institu te of S e m icond uctors ,

T he Ch inese A cad e my of S ciences ,B eij ing 100083)

(2D ep art m en t of P hy sics ,B eij ing N or m al U niversity ,B eij ing 100875)

R eceived 24A p ril 1997,revised m anuscri p t received 15July 1997

Abstract D eep L evel T ran sien t Sp ectro scop y (DL T S )has been successfu lly app lied to characterize the electron ic p rop erty of self 2o rgan ized grow n InA s quan tum do ts .T he ener 2gies of ground state of 215M L and 117M L InA s quan tum do ts w ith resp ect to the conduc 2ti on band of bu lk GaA s are abou t 0121eV and 0110eV ,resp ectively ,and the cap tu re bar 2rier energies of these do ts fo r electron are abou t 0130eV and 0148eV ,resp ectively .PACC :0750,73205

046期 陈　枫等:　InA s 自组织生长量子点超晶格的电学性质

初中物理,电学与磁学知识点梳理(全)

一、磁现象 1．磁体：具有磁性（具有吸引铁、钴、镍等物质的性质）的物体。 （1）磁体性质分类：天然磁体，人造磁体； （2）磁体的形状分类：条形磁体、蹄形磁体、针形磁体等； （3）磁体磁性长短分类：硬磁体（永磁体）、软磁体（磁性容易消失） 2．磁极：磁体上磁性最强的部分。磁体有两个磁极，分别叫南极（S极）和北极（N极）。 （1）自然界中不存在单个磁极的磁体，磁体上的磁极总是成对出现； （2）多个条形磁体相连接，有几个磁极？ 3．磁极间相互作用规律 （1）同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 （2）如果让磁体在水平位置上自由转动，静止时总是一端指南，一端指北。指南的一端叫南极（S极），指北的一端叫北极（N极）。 （3）如何判断一个物体是磁体： ①让其吸引铁屑 ②让其自然吊起，看其是否发生偏转； ③运用磁极之间相互作用力进行判断； 4．磁化现象 （1） 二、磁场 1.定义：磁体周围存在的一种看不见、摸不着的物质称为磁场； (1)磁场是真实存在的。 (2)基本性质：对放入其中的磁体有力的作用。 (3)方向判定：在磁场中的某一点放入小磁针，小磁针静止时北极所指的方向即为该点的磁场方向。 2.磁感线：用来描述磁场强弱和方向的曲线。磁感线不是真实存在的。 (1)定义：仿照铁屑排布，在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线 上的任意一点的切线方向跟小磁针静止时候的N极的指向一致，这样的 曲线叫做磁感线； (2)磁感线的方向：磁感线在磁体的外部，总是从磁体的N极发出， 最终回到S极，磁感线的箭头是由N极指向S极； (3)磁感线的疏密程度；磁体的强度越大，磁感线越密集； (4)磁感线与磁场 ①磁场是真实存在的，但是磁感线是人为定义，为了方便科 学研究；引入的一种物理模型； ②磁感线分布是立体的，并不是平面的； ③在空间内，任意两条磁感线永远不会相交； 3.地磁场 (1)地球本身就是一个巨大磁体，地球周围的磁场叫做地磁场； (2)地磁的两极与物理的南北两极正好相反；且地磁的两极和地理的两极并不重合，而是存在磁偏角； (3)地磁场为保护地球做出了巨大的贡献；阻碍高能带电粒子对地球的干扰； 三、电流的磁效应 1．奥斯特实验 （1）该现象在1820年被丹麦物理学家奥斯特发现。 （2）表明通电导线周围存在磁场，电流周围磁场方向跟电流方向有关。 ①解释：任何导体中通过电流时，周围空间均会产生磁场，这种现象叫做电流的磁效应； ②奥斯特是第一位揭示电现象和磁现象有关密切关系的人； ③试验中导线应该南北放置，这样有利于相处地磁场对于试验的干扰； ④直线电流中磁场的分布： 应用右手定则；大拇指指向电流方向，手指的指向为磁感线的方向；

半导体超晶格

半导体超晶格 材料的制造、设计是以固体能带结构的量子力学理论为基础的，也 就是说，人为地改变晶体的周期势，做出具有新功能的人工超晶格 结构材料。半导体超晶格材料具有一般半导体材料不能实现的许 多新现象，可以说是超薄膜晶体制备技术，量子物理和材料设计理 论相结合而出现的第三种类的半导体材料。利用这种材料，不仅可 以显著提高场效应晶体管和半导体激光器等的性能，也可以制备 至今还没有的功能更优异的新器件和发现更多的新物理现象，使 半导体器件的设计和制造由原来的“杂质工程”发展到“能带工 程”。因此，半导体超晶格是属于高科技范畴的新型功能材料。 电子亲和势是指元素的气态原子得到一个电子时放出的能量，叫做电子亲和势。（曾用名：电子亲和能EA）单位是kJ/mol或eV。电子亲和势的常用符号恰好同热力学惯用符号相反。热力学上把放出能量取为负值，例如，氟原子F（g）+e→F-（g），△H=-322kJ/mol。而氟的电子亲和势（EA）被定义为322kJ/mol。为此，有人建议元素的电子亲和势是指从它的气态阴离子分离出一个电子所吸收的能量。于是，氟离子F-（g）-e→F（g），△H＝322kJ/mol。两者所用符号就趋于统一。可以认为，原子的电子亲和势在数值上跟它的阴离子的电离能相同。根据电子亲和势数据可以判断原子得失电子的难易。非金属元素一般具有较大的电子亲合势，它比金属元素容易得到电子。电子亲和势由实验测定，但目前还不能精确地测得大多数元素的电子亲和势。元素的电子亲和势变化的一般规律是：在同一周期中，随着原子序数的增大，元素的电子亲和势一般趋于增大，即原子结合电子的倾向增强，或它的阴离子失去电子的能力减弱。在同一族中，元素的电子亲合势没有明显的变化规律。当元素原子的电子排布呈现稳定的s2、p3、p6构型时，EA值趋于减小，甚至ⅡA族和零族元素的EA都是负值，这表明它们结合电子十分困难。在常见氧化物和硫化物中含有-2价阴离子。从O-（g）或S-（g）结合第二个电子而变成O2-（g）或S2-（g）时，要受到明显的斥力，所以这类变化是吸热的。即O-（g）+e→O2-（g），△H＝780kJ/mol；S-（g）+e→S2-（g），△H＝590kJ/mol。这些能量能从形成氧化物或硫化物晶体时放出的晶格能得到补偿。 电子亲和势与原子失去电子需消耗一定的能量正好相反，电子亲和势是指原子获得电子所放出的能量。 元素的一个气态原子在基态时获得一个电子成为气态的负一价离子所放出的能量，称为该元素的第一电子亲和势(First electron affinity)。与此类推，也可得到第二、第三电子亲和 势。第一电子亲和势用符号“E”表示，单位为kJ·mol·L，如： Cl(g) +e → Cl(g)E= +348.7 kJ·mol·L 大多数元素的第一电子亲和势都是正值（放出能量），也有的元素为负值（吸收能量）。这说明这种元素的原子获得电子成为负离子时比较困难，如： O(g) +e → O(g)E= +141 kJ·mol·L O(g) +e → O(g)E= -780 kJ·mol·L 这是因为，负离子获得电子是一个强制过程，很困难须消耗很大能量。

量子点总结

1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点”。1998 年, Alivisatos和Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2．在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法，有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法，即将有机金属前躯体溶液注射进250～300℃的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属（如二甲基隔）和烷基非金属（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化膦（TOPO），溶剂兼次配体为三辛基膦（TOP）。这种方法制备量子点，具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点，其粒径分布可用多种手段控制，因而成为目前制备量子点的主要方法。 2.1 单核量子点的制备1993 年，Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物，在高温有机溶剂中通过调节反应温度，合成了量子产率约为10%、单分散(±5%)的CdSe 量子点。他们采用TOPO 作为有机配位溶剂，用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物，依次将其注入到剧烈搅拌的350℃TOPO 溶液中，在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核，然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核，随后升温到260～280℃并维持一段时间，根据其吸收光谱监测晶体的生长，当晶体生长到所需要的尺寸时，将反应液冷却至60℃。加入丁醇防止TOPO 凝固，随后加入过量的甲醇，由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇，通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。通过改变温度，可以将粒径控制在2.4～13nm 之间，且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。此后，Peng 等又通过进一步优化工艺条件,将两组体积不同，配比一定的Cd (CH3) 2、Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温TOPO 中的方法制得了棒状的CdSe量子点，从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。利用这种

量子点光学传感器的研究进展.

量子点光学传感器的研究进展 * 来守军 (重庆三峡学院化学与环境工程学院,重庆404000 摘要分别从荧光转换传感器、荧光共振能量传感器、磷光转换传感器和定位传感器等方面综述了量子点光学传感器的发生机理及其在测定金属离子、阴离子、小分子、共振能量转移体系以及磷光材料、固态材料方面的应用。最后介绍了量子点光学传感器存在的问题和发展趋势。 关键词量子点光学传感器 Research Development of Opt ical Sensor Based on Q uant um Dots LAI Shoujun (Depa rtment of Chem istry and Env ir onmental Eng ineering,Cho ng qing T hr ee G or ge U niver sity,Cho ng qing 404000Abstract T he r esear ch dev elopment o f the o pt ical sensor based o n quantum do ts is rev iewed f rom four sect ions,which are fluo rescence -based transduction,fluorescence resonance energ y -tr ansfer -based senso rs,phospho rescence transduction,and immobilizatio n techniques,and it s applications are also rev iewed.T he exist ing pro blems and develo p -ments trend of the optical senso r based o n quantum do ts are intro duced. Key words quantum do ts,optical,senso r *重庆市教育委员会科学技术研究项目资助(KJ081102 来守军:男,1977年生,讲师,博士研究生,主要从事量子点传感器方面的研究 T el:023-******** E -mail:laishj04@https://www.wendangku.net/doc/e29193590.html,

超晶格(GaAs)_n(InAs)_1(001)的光学性质

第20卷第10期半　导　体　学　报V o l.20,N o.10 　1999年10月CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S O ct.,1999超晶格(GaA s)n (I nA s)1(001)的光学性质3 李开航　黄美纯　张志鹏　朱梓忠 (厦门大学物理系　厦门　361005) 摘要　采用L inearized2M uffin2T in2O rb ital(LM TO)能带方法对应变超晶格(GaA s)n (InA s)1 (001)进行自洽计算.在得到较准确能带结构和本征波函数的基础上,计算该超晶格的光学介电 函数虚部Ε2(Ξ)、折射率和吸收系数.结果表明,该超晶格表现出的光学性质和GaA s体材料不 相同,在115～215eV能量范围的吸收系数增大,且该超晶格在较宽的能量范围内有较好的光谱 响应. PACC:7865,7360,7125T 1　引言 近年来人们对嵌入InA s单分子层的超晶格(GaA s)n (InA s)1的研究兴趣日趋浓厚,并且随着各种外延生长技术的不断发展,生长具有突变界面的高质量超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)成为可能[1～3].嵌入的InA s单分子层能够有效地限制量子阱中电子和空穴的运动.从实验上能够观察到2K温度下超晶格产生很强且尖锐的光致发光(PL)谱峰,PL谱峰能量位置比GaA s体材料低40m eV,并且谱峰的强度比GaA s体材料的谱峰强度高[1～3].超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)属于 型异质结系统,有利于其在高速和光电器件中的开发应用.因此从理论和实验上探索该超晶格的各种物理特性具有实际意义,特别是了解和掌握半导体材料的折射率和吸收系数对于设计和分析异质结量子阱激光器及光波导器件来说是十分重要的.因此,本文从第一原理出发,用LM TO2A SA能带方法[4]计算超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)的能带结构,在得到能量本征值和本征波函数的基础上计算该超晶格的光学介电函数Ε(Ξ),折射率n和吸收系数,为该超晶格的开发应用提供理论参数. 2　计算方法 在计算超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)能带结构之前,我们先要确定其原胞结构.在GaA s衬底上外延生长(GaA s)n (InA s)1(001)短周期超晶格时,由于InA s和GaA s的晶格 　3国家高技术(863)新材料领域(8632715210)课题资助 李开航　男,1967年出生,博士,现任讲师,目前主要从事半导体超晶格材料的光学性质研究工作 黄美纯　男,1937年出生,教授,博士生导师,目前主要从事低维半导体材料和半导体光电子器件的教学与研究1998205203收到,1998211224定稿

(完整word版)量子点LED

量子点LED专题报告 一、什么是量子点LED？ 量子点LED是把有机材料或者LED芯片和高效发光无机纳米晶体结合在一起而产生的具有新型结构的量子点有机发光器件。相对于传统的有机荧光粉，量子点具有发光波长可调（可覆盖可见和近红外波段）、荧光量子效率高（可大于90%）、颗粒尺寸小、色彩饱和度高、可 低价溶液加工、稳定性高等优点，尤其值得注意的是高色纯度的发光使得其色域已经可以超过HDTV标准色三角。因此基于量子点的发 光二极管，有望应用于下一代平板显示和照明。

表征量子点的光电参数: 1、光致发光谱（PL谱）：光致发光谱反映的是发射光波长与发光强度的关系。从PL谱上可以得到发光颜色的单色性、复合发光的机制、量子点的颗粒尺寸大小及分布均匀性、本征发射峰波长等基本光学信息。量子点光致发光谱的半高宽越窄，说明量子点的发光单色性越好，器件的缺陷和杂质复合发光越少。 2、紫外可见吸收谱：量子点的紫外可见吸收谱反映的是量子点对不同波长光的吸收程度，从谱中吸收峰的位置可计算出量子点的禁带宽度。量子点吸收谱的第一吸收峰与光致发光谱的发射峰的偏移是斯托

克斯位移，斯托克斯位移越大，量子点的自吸收越弱，量子点的荧光强度越高。 3、光致发光量子产率：量子点溶液的光致发光量子产率是通过与标准荧光物质（一般用罗丹明6G）的荧光强度对比而测出。量子点高的量子产率能有效提升器件的发光效率，但纯核量子点沉积成薄膜后量子产率将比在溶液中的量子产率下降1到2个数量级。量子点也存在荧光自淬灭现象，这是由存在于不均匀尺寸分布的量子点中的激子通过福斯特能量转移到非发光点进行非辐射复合所引起。 二、量子点LED在照明显示中的应用方案 量子点的发射峰窄、发光波长可调、荧光效率高、色彩饱和度好，非常适合用于显示器件的发光材料。量子点LED在照明显示领域中的应用方案主要包括两个方面：a、基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术（QD-BLU，即光致量子点白光LED）；b、基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管技术（QLED）。

量子点的制备及特性分析

班级：物理1201班 姓名：吴为伟 学号：20121800121 时间：2014年7月1日 ——量子点的制备及特性分析 大学物理实验报告

课题意义： 量子点是一种准零维半导体纳米晶体，其三个维度的尺寸都在几到几十纳米，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向的运动都受到限制，可以产生类似于原子的分立能级。量子点具有量子尺寸效应、量子限域效应以及表面效应等特殊效应。量子尺寸效应是指半导体量子点的带隙相对于体材料发生蓝移，并且随着量子点尺寸的减小，蓝移量增大，在光学性质方面引起吸收和发射光谱的蓝移现象：而且，相对于体材料，量子点还具有吸收和发光效率高的优点。量子点的这些有益光学特性使其在生物荧光标记、太阳能电池、发光二极管、激光器、探测器、量子计算机等新型光电子器件方面都具有非常重要的应用前景，成为各国科研人员研究的热点，并在多个学科中引起很大的反响。 实验目的： 本课题实验要求通过有机液相法制备CdS量子点、以及对其吸收和荧光光谱的测量，了解量子点的生长过程、吸收和荧光光谱基本原理和特点，以及量子尺寸效应的基础知识。 实验器材： 实验仪器：量子点制备设备一套、分析天平、离心机、吸收谱仪和荧光谱仪等。 化学试剂：硫粉（S）、氧化镉(CdO)、油酸(OA)、十八碳烯（ODE）、甲醇、正己烷、高纯氩气（Ar）等。 实验原理： 有机液相法 即以有机溶液为介质，以具有某些特殊性质的无机物和有机物作为反应原料，在适当的化学反应条件下合成纳米晶材料的方法。通常这些反应物、中间产物、生成物都是对水、空气敏感，在水溶液中不能稳定存在。最常用的方式是在无水无氧条件下的有机溶剂中进行的化学反应。通过改变反应温度、时间、反应物浓度、配体种类、含量等参数，可以制备出具有不同尺寸的纳米晶体。该方法制备的纳米晶体在尺寸和形貌上通常具有很好的单分散性，纳米晶质量高；而且，由于反应是在有机介质中进行，生成的纳米晶在有机溶剂中具有良好的分散性，非常有利于实际应用。 液相法生长纳米晶一般包括三个阶段：成核过程、生长过程和熟化过程。当溶质的量高于溶解度时，溶液过饱和，晶体就会从液体中析出，形成晶核，这就是成核过程。晶核的数量和成核速度是由溶液的过饱和度决定的。溶质从饱和溶液中运输到晶体表面，并按照晶体的结构重排，这就是生长过程。该过程主要是

量子点的性质、合成及其表面修饰研究

量子点的性质、合成及其表面修饰研究 【摘要】近年来，量子点作为一种重要材料在多个领域成为研究热点，本文分别从量子点的性质、合成及其表面修饰三个方面概括介绍了量子点。明确量子点具有荧光效率高，激发光谱宽，发射光谱窄、稳定性好等优点，是一种新型的纳米材料；通过有机相和无机相可制备不同的量子点，由于无机相制备过程能控制表面电荷，引入特殊官能团，故无机相制备应用更为广泛；通过对量子点的表面修饰，有效的改善量子点水溶性较差，不能与生物大分子直接作用的问题，使得量子点在生物方面的应用进一步加强。 【关键词】量子点；性质；合成；表面修饰 量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特殊的纳米材料。自1990年7月美国召开第一届纳米会议[1]，各国都在纳米技术方面给予巨大的投入，使得包括量子点技术在内的纳米技术飞速发展，其应用已突破原来的微电子和光电材料领域[2-3]。 1 量子点的基本特性 量子点的基本特性有：量子尺寸效应，表面效应，量子限域效应，宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应[4]，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势： （1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，并产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。而有机染料荧光分子激光光谱较窄，每一种荧光分子必须用固定波长的光来激发，而且产生的荧光峰较宽，且不对称，有些拖尾，这给区分不同的探针分子带来了困难，故很难用有机染料分子同时检测多种组分。 （2）量子点还可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射光的波长越小。因此可用一个激发光源同时激发多个不同尺寸的量子点，使它们发出不同颜色的光进行多通道检测。这样可以同时使用不同光谱特征的量子点，而发射光谱不出现交叠或者只有很小程度的重叠，使标记生物分子的荧光光谱的区分、识别都会变得更加容易。 （3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100～200倍，可以经受多次激发而其光学特性没有显著变化，且标记后对生物大分子的生理活性影响很小，因此为研

炭素材料的电学和磁学性能

炭素材料的电学和磁学性能 很多炭素材料是作为导电材料使用的，电阻率是许多炭素制品的主要物理性能指标，因此了解炭素材料的电学和磁学性能十分重要。炭素材料从外观形态区分，主要分为金刚石、石墨和无定形碳三大类，但是金刚石的晶体结构与石墨有明显区别，物理性质也不同。近代碳的石墨化理论认为无定形碳也属于石墨微晶结构的产物，因此不论是炭质材料或石墨材料的导电机理都与石墨晶格的特性有关。 石墨的导电机理金属材料的晶格中充满着自由电子，因此是电的良导体。对于金属一个很小的电场就可以提供一定的能量，使自由电子在电场的影响下流动。而在半导体中，则需要可观的能量才能破坏化学键以释放电子。在绝缘材料中，化学键的电子是如此牢固，以致加热也不能使这些电子获得自由，除非达到了使晶体熔化或者逐渐蒸发的程度。石墨晶体在层面方向是由碳原子组成的向四面扩展的六角环形层状大分子，碳原子与碳原子之间的结合键是共价键叠加金属键。由于金属键的存在，所以石墨在层面方向有良好的导电性，但是石墨晶体在层与层之间是由较弱的分子键联系的，导电能力差得多。可以用金属键自由电子的存在解释石墨导电的原因，但是不能解释为什么石墨的导电能力随温度而变化及随晶格的完善而增加，只有应用电子激发的量子理论才能解释。 可以用能带模型来解释固体材料的导电状态和非导电状态，这个能带模型主要依据科学家泡利的(蔡克辉)不相容原理来考虑电子的容许量子态。泡利原理指出，在一个给定量子态中，最多只能有两个电子(具有相反的自旋)，这个原理说明孤立原子的壳状结构，电子环绕原子核形成若干个层，每层中的电子具有特定的能级。因为电子倾向于处在最低可被占据的能级上，故只有当每个较低的能级都充满了电子，其余的电子才能填充到较高的能级中。当原子聚集于晶体中时，其情况亦类似，游动于整个晶体中的电子所具有的能量，处于由原子壳体所具有

量子点发光材料综述

量子点发光材料综述 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A m=S V =4πR2 4 3 πR3 =3 R ，也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又

半导体量子点及其应用概述_李世国答辩

科技信息2011年第29期 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 0引言 近年来半导体材料科学主要朝两个方向发展:一方面是不断探索扩展新的半导体材料,即所谓材料工程;另一方面是逐步从高维到低维深入研究己知半导体材料体系,这就是能带工程。半导体量子点就是通过改变其尺寸实现能级的改变,达到应用的目的,这就是半导体量子点能带工程。半导体量子点是由少量原子组成的准零维纳米量子结构,原子数目通常在几个到几百个之间,三个维度的尺寸都小于100纳米。载流子在量子点的三个维度上运动受尺寸效应限制,量子效应非常显著。在量子点中,由于量子限制效应作用,其载流子的能级类似原子有不连续的能级结构,所以量子点又叫人造原子。由于特殊能级结构,使得量子点表现出独特的物理性质,如量子尺寸效应、量子遂穿效应、库仑阻塞效应、表面量子效应、量子干涉效应、多体相关和非线性光学效应等,它对于基础物理研究和新型电子和光电器件都有很重要的意义,量子点材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一[1]。 1量子点制备方法 目前对量子点的制备有很多方法,主要有外延技术生长法、溶胶-凝胶法(Sol-gel 和化学腐蚀法等,下面简单介绍这几种制备方法: 1.1外延技术法 外延技术法制备半导体量子点,主要是利用当前先进的分子束外延(MBE、金属有机物分子束外延(MOCVD和化学束外延(CBE等技术通过自组装生长机理,在特定的生长条件下,在晶格失配的半导体衬底上通过异质外延来实现半导体量子点的生长,在异质外延外延中,当外延材料的生长达到一定厚度后,为了释放外延材料晶格失配产生的应力能,外延材料就会形成半导体量子点,其大小跟材料的晶格失配度、外延过程中的条件控制有很大的关系,外延技术这是目前获得高质量半导体量子点比较普遍的方法,缺点是对半导体量子点的生长都是在高真空或超高真空下进行,使得材料生长成本非常高。1.2胶体法

InP ZnS核壳量子点光学性质研究

Material Sciences 材料科学, 2018, 8(3), 131-136 Published Online March 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/e29193590.html,/journal/ms https://https://www.wendangku.net/doc/e29193590.html,/10.12677/ms.2018.83016 Study on the Luminescence Properties of InP/ZnS Quantum Dot Bowen Zhang, Dengkui Wang*, Xuan Fang, Dan Fang, Xinwei Wang, Jilong Tang, Xiaohua Wang, Zhipeng Wei State Key Laboratory of High Power Semiconductor Laser, Changchun University of Science and Technology, Changchun Jilin Received: Feb. 21st, 2018; accepted: Mar. 6th, 2018; published: Mar. 13th, 2018 Abstract InP-based quantum dots are considered as the most promising candidate for Cd-based QDs. How-ever, the research on the fabricated and properties of InP quantum dots is far less than that of Cd-based QDs, especially their optical properties. In this paper, InP/ZnS quantum dots with good lattice quality and optical properties were prepared by one-pot method. The size of InP core was confirmed to be about 3 nm by TEM image. The lattice spacing was in agreement with that of InP(111). The results of power dependence photoluminescence and Raman spectra show that there are two luminescent sources in the InP/ZnS, the transition from the free energy exciton in the high energy end and the defects in the low energy end originating from the interface stress. Keywords Photoluminescence, InP/ZnS, TEM, Interface Stress InP/ZnS核壳量子点光学性质研究 张博文，王登魁*，方铉，房丹，王新伟，唐吉龙，王晓华，魏志鹏 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春 收稿日期：2018年2月21日；录用日期：2018年3月6日；发布日期：2018年3月13日 摘要 InP量子点被认为是最有希望替代Cd基量子点的材料。然而对于InP量子点的制备和性质的研究远远小于*通讯作者。

初中物理电学及磁学知识资料

初中物理电学及磁学知识 十、电路 ⒈电路由电源、电键、用电器、导线等元件组成。要使电路中有持续电流，电路中必须有电源，且电路应闭合的。电路有通路、断路（开路）、电源和用电器短路等现象。 ⒉容易导电的物质叫导体。如金属、酸、碱、盐的水溶液。不容易导电的物质叫绝缘体。如木头、玻璃等。 绝缘体在一定条件下可以转化为导体。 ⒊串、并联电路的识别：串联：电流不分叉，并联：电流有分叉。【把非标准电路图转化为标准的电路图的方法：采用电流流径法。】十一、电流定律 ⒈电量Q：电荷的多少叫电量，单位：库仑。 电流I：1秒钟内通过导体横截面的电量叫做电流强度。 Q=It 电流单位：安培(A) 1安培=1000毫安正电荷定向移动的方向规定为电流方向。 测量电流用电流表，串联在电路中，并考虑量程适合。不允许把电流表直接接在电源两端。 ⒉电压U：使电路中的自由电荷作定向移动形成电流的原因。电压单位：伏特(V)。 测量电压用电压表(伏特表)，并联在电路（用电器、电源）两端，并考虑量程适合。 ⒊电阻R：导电物体对电流的阻碍作用。符号：R，单位：欧姆、千

欧、兆欧。 电阻大小跟导线长度成正比，横截面积成反比，还与材料有关。【】导体电阻不同，串联在电路中时，电流相同（1∶1）。导体电阻不同，并联在电路中时，电压相同（1:1） ⒋欧姆定律：公式：I＝U／R U＝IR R＝U／I 导体中的电流强度跟导体两端电压成正比，跟导体的电阻成反比。导体电阻R＝U／I。对一确定的导体若电压变化、电流也发生变化，但电阻值不变。 ⒌串联电路特点： ① I＝I1＝I2 ② U＝U1＋U2 ③ R＝R1＋R2 ④ U1／R1＝U2／R2 电阻不同的两导体串联后，电阻较大的两端电压较大，两端电压较小的导体电阻较小。 例题：一只标有“6V、3W”电灯，接到标有8伏电路中，如何联接一个多大电阻，才能使小灯泡正常发光？ 解：由于P＝3瓦，U＝6伏 ∴I＝P／U＝3瓦／6伏＝0.5安 由于总电压8伏大于电灯额定电压6伏，应串联一只电阻R2 如右图， 因此U2＝U－U1＝8伏－6伏＝2伏 ∴R2＝U2／I＝2伏／0.5安＝4欧。答：（略） ⒍并联电路特点：

量子点的制备方法综述及展望

量子点的制备方法综述及展望 1．前言 在最近的几十年里，量子点（QDs）即半导体纳米晶体（NCs）由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管，激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。英语论文。 量子点尺寸大约为1-10 纳米，它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候，量子点的连续能级开始分离，它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小，它的能隙增加，导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应，我们称它为“量子点” 。1998 年 , Alivisatos和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液，标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前，量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比，量子点具有无法比拟的发光性能，比如尺寸可调的荧光发射，窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱，极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸，可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱，用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。硕士网为你提供计算机硕士论文。 量子点集中以上诸多优点是十分难得的，因此这就要求我们制备出宽吸收带，窄且对称的发射峰，高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点（CdSe，CdTe，CdS）和核壳式量子点（CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40]）。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。 本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分：第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程，重点包括前体的选择，操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程，重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2．在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法，有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法，即将有机金属前躯体溶液注射进250～300℃的配体溶液中，前躯体在高温条件下迅速热解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属（如二甲基隔）和烷基非金属（如二-三甲基硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化膦（TOPO），溶剂兼次配体为三辛基膦（TOP）。这种方法制备量子点，具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点，其粒径分布可用多种手段控制，因而成为目前制备量子点的主要方法。 2.1 单核量子点的制备1993 年，Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物，在高温有机溶剂中通过调节反应温度，合成了量子产率约为10%、单分散(± 5%)的CdSe 量子点。他们采用TOPO 作为有机配位溶剂，用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物，依次将其注入到剧烈搅拌 的350℃TOPO 溶液中，在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核，然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核，随后升温 到260～280℃并维持一段时间，根据其吸收光谱监测晶体的生长，当晶体生长到所需要的尺寸时，将反应液冷却至60℃。加入丁醇防止TOPO 凝固，随后加入过量的甲醇，由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇，通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。通过改变温度，可以将粒径控制在2.4～13nm 之间，且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。此后，Peng 等又通过进一步优化工艺条件 ,将两组体积不同，配比一定的Cd (CH3) 2、 Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温 TOPO 中的方法制得了棒状的 CdSe量子点，从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。利用这种方法合成的量子点受到杂质和晶格缺陷的影响，因此量子产率较低。由于Te 更容易被氧化，所以制备高质量的CdTe 要比制备CdSe，CdS 难得多。2001 年，Dmitri.V 等用DDA(十二胺)代替TOPO作反应溶剂合成高质量的CdTe 量子点，量子产率可达65%，且窄的发射光谱覆盖红色和绿色

碳量子点及其性能研究进展_史燕妮_李敏_陈师_夏少旭_吴琪琳

１０．１４０２８／ｊ ．ｃｎｋｉ．１００３－３７２６．２０１６．０１．００６收稿：２０１５－０３－１９；修回：２０１５－０５－ ０５；基金项目：上海市教育委员会重点创新项目（１４ｚｚ０６９）、同济大学先进土木工程材料重点实验室开放基金（２０１３０１）；作者简介：史燕妮（１９９１－），女，硕士，主要从事碳量子点的制备及其性能研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ＹａｎｎｉＳｈｉ＠ｏ ｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ；＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑ ｌ＠ｄｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．碳量子点及其性能研究进展 史燕妮１，２，李　敏２，陈　师２，夏少旭２，吴琪琳１， ２＊ （１．东华大学纤维材料改性国家重点实验室，上海　２０１６２０；２．东华大学材料科学与工程学院，上海　２０１６２０ ） 摘要：碳量子点（Ｃａｒｂｏｎ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｄｏｔｓ，ＣＱＤｓ）是一种新型的碳纳米材料，因其强的量子限域效应和稳定的荧光性能等一系列优异性能，吸引了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。相比传统半导体金属量子点，ＣＱＤｓ还具备优异的低毒性和生物相容性，更拓宽了其在生物领域内的研究前景。本文简要地介绍了ＣＱＤｓ的制备方法，主要包括自上而下和自下而上两个方向。除此之外，本文综述了ＣＱＤｓ突出的物理化学性质和性能，包括ＣＱＤｓ的荧光性能、生物相容性和上转换效应，并对ＣＱＤｓ在其在生物成像上的应用进行了归纳。 关键词： 碳量子点；荧光；低毒性；上转换效应；生物成像从上世纪９０年代初日本科学家ＩＩＪＩＭＡ首次发现碳纳米管开始，到２０１０年两位俄罗斯科学家Ａｎｄｒｅ　Ｇｅｉｍ和Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ　 Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ因在石墨烯材料研究上的卓越贡献获得诺贝尔物理学奖，科学家们对于碳纳米材料的研究热潮一直持续高涨［１，２］ 。碳量子点（Ｃａｒｂｏｎ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｄｏｔｓ，ＣＱＤｓ），通常定义为尺寸在２０ｎｍ以下的新型碳材料， 由于量子限域效应表现出稳定的荧光性能，尤其是其生物相容性和低毒性大大突破了传统金属量子点材料在生物领域的应用限制［３～５］ 。２００４年ＪＡＣｓ上首次报道了Ｓｃｒｉｖｅｎｓ等在分离碳纳米管时发现了具备荧光性能的碳纳米粒子，但是其荧光产率很低［６］ 。２００６年美国 克莱蒙森大学Ｙａ－Ｐｉｎｇ　Ｓｕｎ教授领导的科研小组报道了激光剥离碳源的方法制备的具备较好荧光性能的碳纳米粒子，通过有机分子聚乙二醇等表面修饰，荧光产率可达１０％以上并首次称之为碳点。 作为一种新型的荧光材料，ＣＱＤｓ具备更宽而连续的激发光谱、稳定的荧光性能及其良好的生物相容性和低毒性，并且可通过化学修饰的手段实现功能化，在生物成像、标记和检测等领域有着良好的应用 前景［７～１１］ 。本文就三个研究热点进行了综述，包括碳量子点的制备方法、性能表征以及应用探索并针对 碳量子点在发展过程中存在的问题进行了讨论。 １　碳量子点的制备 从材料学的角度分析，碳量子点的制备方法目前主要探索了两大类：自下而上和自上而下。自下而上的方法具体是指以小分子作为前体通过一系列的化学反应制备碳量子点，尽管理论上可以实现形貌可控，对碳量子点表面边界结构的修饰也比较便捷，但步骤太繁琐，对设备的要求也比较高，例如微波 法［１２］、溶液化学法［１３］ 等。自上而下的方法的主体思路是通过物理或化学的方法将大尺寸的二维碳网平 面结构切割成小尺寸的碳量子点。目前主要采用具有大尺寸的石墨烯薄片的原材料，激光刻蚀法、电化 学氧化法［１４］、水热法［１５］ 都是自上而下的典型代表。其中激光刻蚀法是最早报道的用来制备碳量子点的 方法之一，通常产物尺寸比较大（３０～５０ｎｍ），荧光效应比较弱，有些甚至几乎检测不到，还需经过有机小分子的表面修饰后才表现出强荧光效应，而且对激光设备的要求也比较高。自上而下的方法可以通过调 节各自的反应参数达到对产物尺寸的调控，而对边界结构的控制通常是不容易实现的［ １６］ 。研究者用电化学氧化法通过外加电势调节碳量子点尺寸的大小，制备了１～３ｎｍ大小的碳量子点， 并发现其荧光性· ９３·　第１期 高 分 子 通 报

有机物的电磁学性质

有机物的电磁学性质 电磁学课后对于有机物电学性质的思考和总结 答辩人：王子洋 指导教师：余庆选 由导电高分子引起发的思考1有机导体与半导体 2有机超导体 3 目录 参考及致谢 4

导电的高分子 Conducting Polymer 01 导电的高分子 一直以来，高聚物都被认作是良好的绝缘体；其介电常数ε 满足： ε C C 其物理意义在于判断高聚物电容器储电能力的大小，在分子角度上则是高聚物分子的极化能力的强弱，现在我们就有两个分析高聚物极化能力的参数，宏观介电常数ε和微观分子激化率α。其关系满足Clausius-Mossotti方程： = πN α P 式中，ε 为直流电场中的静电介电常数，M为高聚物的相对分子质量；ρ为密度，N为阿伏伽德罗常数；P为摩尔极化度；α为分子极化率，α=αe+αa+α0，α+e为电子极化率，αa为原子极化率。

导电的高分子 无电场时分子无规则排布加上电场后被极化在极短的时间内完成极化 极化的四种方式 电子极化离子极化原子极化偶极极化 下图为绝缘高分子极化示意图 导电的高分子 但是到了1970s，Shirakawa实验室的一名研究生使用了一千倍于正常值的Ziegler-Natta催化剂，合成了具有金属光泽的聚乙炔膜，但是刚刚合成的聚乙炔膜并不具有优异的导电性，而是表现出特别的半导体特性，而后，对其进行像增强半导体导电性的处理即掺杂，发现少量的掺杂只能很少的提升导电性，但是当掺杂达到百分之一数量级时，却具有和Cu一样数量级的导电性。 一点小思考：为什么用一千倍量的催化剂？ 反式聚乙炔 起初我们预测有机导体一定是来源于Π体系的共轭。我们首先用一维势箱来解释： 根据一维的Schr o dinger方程： ψ x Eψx ， 其中ψx 为一个波函数，令ω ，则有： ψx =Acos ωx Bsinωx E ，a 为势箱长度，h 为普朗克常量，n 为主量子数 (1)