摻雜硫化銦量子點(diǎn)的合成及其熒光性質(zhì)研究.pdf

1、摻雜能對(duì)半導(dǎo)體的光、電及磁性質(zhì)產(chǎn)生極大的影響，在半導(dǎo)體晶格中摻入雜質(zhì)或缺陷是現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)中控制半導(dǎo)體材料性質(zhì)的主要手段。因此，控制合成摻雜納米半導(dǎo)體并理解其摻雜行為，對(duì)于將這類材料應(yīng)用于電子學(xué)和光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有十分重要的意義。對(duì)摻雜納米晶體的研究必將深化半導(dǎo)體材料在波長(zhǎng)可調(diào)激光器、生物成像以及太陽能電池等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。在已有的半導(dǎo)體材料中，對(duì)Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體的摻雜已經(jīng)被廣泛研究，由于摻雜反應(yīng)Gibbs自由能、摻雜離子擴(kuò)散及其固溶度極

2、限的限制，通過膠體濕化學(xué)方法合成得到的摻雜半導(dǎo)體晶體中摻雜劑離子濃度遠(yuǎn)低于期望值，對(duì)于有些材料其摻雜濃度幾乎為0。In2S3的直接帶隙能Eg約為2.0eV，其晶體中含有大量的陽離子空位及缺陷結(jié)構(gòu):且In2S3可以與多種金屬形成硫代銦酸鹽的三元硫化物半導(dǎo)體材料，從而有利于對(duì)其進(jìn)行離子摻雜。因此In2S3有望成為一類性能良好的基質(zhì)材料。本論文以In2S3為基質(zhì)半導(dǎo)體，采用熱注射法合成得到不同離子摻雜的系列納米晶體。其主要內(nèi)容如下:
　

3、　 1.采用熱注射法合成Cu:In2S3和Ag:In2S3摻雜納米晶體。通過XRD、HRTEM以及熒光光譜證明摻雜劑Cu和Ag能Ag好與In2S3形成摻雜，Cu:IP2S3和Ag:In2S3具有較好的結(jié)晶性，宏觀上摻雜劑在晶體中的分布具有均一性?？疾觳煌磻?yīng)條件對(duì)晶體組成、結(jié)構(gòu)及其熒光性質(zhì)的影響。Cu;In2S3和Ag:In2S3量子產(chǎn)率分別為12％和16％，高于未包覆的CuInS2和AgInS2量子點(diǎn)。
　　 2.用熱注射法

4、合成(ZnCu):lr12S3和(ZnAg):InZS3摻雜納米晶體。通過XRD、HRTEM以及熒光光譜證明(ZnCu);In2S3和(ZnAg):In2S3具有較好的結(jié)晶性和組成上均一性。考察不同反應(yīng)條件對(duì)摻雜晶體組成及發(fā)光性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)比例的OA+DDT可以防止產(chǎn)生沉淀，有效抑制晶體中基質(zhì)In2S3的生成，消除熒光光譜中的基質(zhì)發(fā)射峰，提高(ZnCu):In2S3和(ZnAg):In2S3納米晶體的熒光量子產(chǎn)率，降低其半高峰寬，

5、從而改善其發(fā)光性質(zhì)。通過改變晶體中Zn、Cu及Ag的濃度，(ZnCu):In2S3和(ZnAg):In2S3納米晶體的發(fā)光顏色在可見光范圍內(nèi)可調(diào)。(ZnCu):In2S3晶體的熒光發(fā)射峰處于450-640nm之間，量子產(chǎn)率為40％:而(ZnAg):In2S3品體的熒光發(fā)射峰處于450-700nm之間，量子產(chǎn)率為30％。
　　 3.用熱注射法合成Cd:In2S3摻雜納米晶體。通過XRD、HRTEM以及熒光光譜證明摻雜劑離子Cd能很

6、好與In2S3形成摻雜晶體，Cd:In2S3具有較好的結(jié)晶性，宏觀上摻雜劑在晶體中的分布具有均一性。通過改變晶體中Cd濃度，Cd:In2S3晶體的熒光發(fā)射峰在450—700nm范圍內(nèi)可調(diào)，量子產(chǎn)率約為20％左右。當(dāng)用ZnS對(duì)Cd:In2S3進(jìn)行表面鈍化，可以極大提高Cd:In2S3的量子產(chǎn)率，增強(qiáng)Cd:In2S3的化學(xué)穩(wěn)定性。Cd:In2S3納米晶體吸收和發(fā)射峰之間存在很大的Stokes位移，可以有效避免Cd:In2S3量子點(diǎn)之間的再吸

7、收和Forster能量轉(zhuǎn)移，從而使Cd:In2S3適合應(yīng)用于需要高濃度半導(dǎo)體納米晶體的領(lǐng)域。
　　 4.以O(shè)A為配體，用熱注射法合成具有白色發(fā)光的Cd:In2S3摻雜納米晶體。改變體系反應(yīng)溫度、Cd和OA用量，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)開始的成核階段并沒有Cd:In2S3摻雜晶體出現(xiàn)，表明在僅有OA存在的條件下，摻雜Cd:In2S3晶體生長(zhǎng)在In2S3晶核上，發(fā)生的是“生長(zhǎng).摻雜”。XRD顯示其具有與In2S3相同的晶體結(jié)構(gòu)，這主要是由于“生長(zhǎng)