半導(dǎo)體膠體量子點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)由于具有獨(dú)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(diǎn)的新型太陽(yáng)能光伏器件、量子點(diǎn)發(fā)光二極管、量子點(diǎn)生物成像、量子點(diǎn)光電探測(cè)器和量子點(diǎn)激光等。在上述的光電和光伏應(yīng)用領(lǐng)域中，量子點(diǎn)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(duì)器件的性能有很大的影響，測(cè)量與理解量子點(diǎn)與電子傳輸層界面的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)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(diǎn)用于生物成像有潛在的毒性，開發(fā)不含鎘的新型量子點(diǎn)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(diǎn)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(jià)帶帶階，并通過(guò)制備量子點(diǎn)-石墨烯異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器研究量子點(diǎn)與石墨烯能量傳遞的過(guò)程及其影響因素，此外還探索了Zn2+摻雜的Cu-In-Zn-S量子點(diǎn)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(diǎn)-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(diǎn)與ZnO界面能帶均構(gòu)成Ⅱ型異質(zhì)結(jié)，通過(guò)控制量子點(diǎn)的尺寸能顯著地調(diào)節(jié)CdSe量子點(diǎn)-ZnO異質(zhì)結(jié)的價(jià)帶帶階。利用X光光電子能譜(XPS)對(duì)異質(zhì)結(jié)界面的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，測(cè)量出CdSe/ZnS量子點(diǎn)與石墨烯異質(zhì)結(jié)的價(jià)帶帶階，發(fā)現(xiàn)CdSe/ZnS量子點(diǎn)的價(jià)帶比石墨烯高出約1.7eV。以上的研究結(jié)果不僅為實(shí)現(xiàn)高效量子點(diǎn)敏化高效太陽(yáng)能電池提供界面能帶結(jié)構(gòu)的依據(jù)，同時(shí)也為量子

4、點(diǎn)-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)光探測(cè)器能量傳遞機(jī)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(diǎn)-石墨烯異質(zhì)結(jié)光探測(cè)器，通過(guò)瞬態(tài)熒光光譜發(fā)現(xiàn)了量子點(diǎn)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(diǎn)吸收了光之后其能量有效地傳遞給石墨烯。理論模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較證實(shí)了量子點(diǎn)-石墨烯存在F(o)rster共振能量傳遞，通過(guò)柵壓調(diào)節(jié)石墨烯費(fèi)米能級(jí)可實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)到石墨烯能量的有效傳遞。該結(jié)果可以為量

5、子點(diǎn)-石墨烯異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　(3)利用兩步合成法在CuInS2量子點(diǎn)的基礎(chǔ)上通過(guò)摻入Zn2+獲得了Cu-In-Zn-S量子點(diǎn)。雙光子熒光光譜確認(rèn)了Zn2+摻雜的Cu-In-Zn-S量子點(diǎn)具備雙光子吸收能力，進(jìn)一步通過(guò)Z-scan技術(shù)獲得量子點(diǎn)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(duì)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(diǎn)在生物熒光成像中