半導(dǎo)體膠體量子點異質(zhì)結(jié)與雙光子吸收的研究.pdf

1、半導(dǎo)體膠體量子點是一種被廣泛關(guān)注和研究的新型納米半導(dǎo)體材料。量子點由于具有獨特的光學(xué)、電學(xué)特性，有著十分廣闊的應(yīng)用前景，例如基于量子點的新型太陽能光伏器件、量子點發(fā)光二極管、量子點生物成像、量子點光電探測器和量子點激光等。在上述的光電和光伏應(yīng)用領(lǐng)域中，量子點需要與載流子傳輸層（例如ZnO和石墨烯）形成異質(zhì)結(jié)，它們界面的能帶結(jié)構(gòu)對器件的性能有很大的影響，測量與理解量子點與電子傳輸層界面的能帶結(jié)構(gòu)對優(yōu)化器件性能有重要的意義。此外在生物成像領(lǐng)

2、域，目前含鎘的量子點用于生物成像有潛在的毒性，開發(fā)不含鎘的新型量子點用于雙光子生物成像具有積極的意義。
　　本論文主要研究量子點與ZnO、石墨烯異質(zhì)結(jié)界面的能帶結(jié)構(gòu)，利用光電子能譜研究它們的價帶帶階，并通過制備量子點-石墨烯異質(zhì)結(jié)光電探測器研究量子點與石墨烯能量傳遞的過程及其影響因素，此外還探索了Zn2+摻雜的Cu-In-Zn-S量子點的雙光子吸收特性，取得了以下創(chuàng)新性研究成果:
　　(1)利用紫外光電子能譜(UPS)獲得了

3、CdSe量子點-ZnO異質(zhì)結(jié)的界面能帶結(jié)構(gòu)，研究表明不同尺寸CdSe量子點與ZnO界面能帶均構(gòu)成Ⅱ型異質(zhì)結(jié)，通過控制量子點的尺寸能顯著地調(diào)節(jié)CdSe量子點-ZnO異質(zhì)結(jié)的價帶帶階。利用X光光電子能譜(XPS)對異質(zhì)結(jié)界面的能帶結(jié)構(gòu)進行表征，測量出CdSe/ZnS量子點與石墨烯異質(zhì)結(jié)的價帶帶階，發(fā)現(xiàn)CdSe/ZnS量子點的價帶比石墨烯高出約1.7eV。以上的研究結(jié)果不僅為實現(xiàn)高效量子點敏化高效太陽能電池提供界面能帶結(jié)構(gòu)的依據(jù)，同時也為量子

4、點-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)光探測器能量傳遞機制的研究打下基礎(chǔ)。
　　(2)采用激光刻蝕的方法制備了CdSe/ZnS量子點-石墨烯異質(zhì)結(jié)光探測器，通過瞬態(tài)熒光光譜發(fā)現(xiàn)了量子點熒光壽命可受到背柵電壓的調(diào)制，并且在±1V偏壓范圍熒光壽命最短，意味著量子點吸收了光之后其能量有效地傳遞給石墨烯。理論模型與實驗結(jié)果的比較證實了量子點-石墨烯存在F(o)rster共振能量傳遞，通過柵壓調(diào)節(jié)石墨烯費米能級可實現(xiàn)量子點到石墨烯能量的有效傳遞。該結(jié)果可以為量

5、子點-石墨烯異質(zhì)結(jié)探測器的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　(3)利用兩步合成法在CuInS2量子點的基礎(chǔ)上通過摻入Zn2+獲得了Cu-In-Zn-S量子點。雙光子熒光光譜確認(rèn)了Zn2+摻雜的Cu-In-Zn-S量子點具備雙光子吸收能力，進一步通過Z-scan技術(shù)獲得量子點雙光子吸收最大截面為8.109×10-48 cm4 s photon-1，發(fā)現(xiàn)Zn2+的摻雜對提高雙光子吸收截面有重要作用。該結(jié)果為Cu-In-Zn-S量子點在生物熒光成像中