ZnS及其摻雜量子點的制備與熒光性能研究.pdf

1、近年來，半導體量子點由于其獨特的性質越來越受到人們的重視，已成為一門新興的交叉學科，其研究內容涉及物理、化學、材料、生物等多學科，研究重點也由當初的量子點材料的制備和基本性能轉移到功能應用方面。本文針對硫化鋅和摻雜型硫化鋅量子點的制備和光譜性能開展研究，主要研究內容和結果如下： (1)采用水相共沉淀法制備ZnS量子點，X射線衍射分析和透射電鏡測試表明樣品為閃鋅礦結構、直徑3～4nm的球形ZnS顆粒。熒光試發(fā)現(xiàn)，隨激發(fā)峰波長從33

2、0nm增加到380nm，樣品的發(fā)射譜最大值從430nm移到485nm處，發(fā)光顏色也由藍色變?yōu)榘咨?。高斯擬合表明發(fā)射譜由峰值分別在416nm,460nm和505nm的三個峰疊加而成。經熒光光譜研究，表面態(tài)吸收330nm的光后捕獲的光電子一部分輻射躍遷回價帶與空穴復合，發(fā)出約416nm的藍紫光：另一部分以非輻射弛豫的方式被S2-空位陷阱能級捕獲，然后向價帶和Zn2+空位缺陷能級躍遷，分別發(fā)出波長為460nm和505nm的光。S2-空位則吸收

3、380nm左右的光產生460nm和505nm的發(fā)射。對于表面具有有機分子鏈配位的ZnS量子點，沒有發(fā)現(xiàn)藍色發(fā)光，這是因為有機分子鏈有效修飾了樣品的表面態(tài)，使表面態(tài)發(fā)光消失。 (2)分別用水相共沉淀法、水熱法和液體-固體-溶液法制備了三種粒徑不同的ZnS：Mn2+量子點。測試發(fā)現(xiàn)隨量子點顆粒增大，ZnS基質和Mn2+的激發(fā)峰的位置分離得越明顯。我們認為Mn2+與ZnS基質間不存在能量傳遞過程。改變前驅體摩爾濃度比發(fā)現(xiàn)隨[S2-]/

4、[Zn2+]比值的增大，基質發(fā)射峰消失而Mn2+發(fā)光的增強，這是因為過量的S2-吸附在樣品表面與Mn2+形成MnS薄層后包覆在樣品表面，一方面，減少了表面缺陷，使ZnS基質表面缺陷態(tài)相關的發(fā)射減弱；另一方面，也修飾了表面無輻射躍遷通道，使激發(fā)能盡可能多地被Mn2+吸收，導致Mn2+發(fā)光的增強。 (3)用水相共沉淀法制備了Cu2+摻雜和Cu2+，M(M=F或Ce3+)共摻雜的ZnS量子點。討論了ZnS：Cu2+量子點的熒光發(fā)射機理

5、、Cu2+摻雜濃度及F-和Ce3+的摻入對樣品熒光光譜的影響。光譜測試發(fā)現(xiàn)ZnS：Cu量子點發(fā)射譜峰分別在460nm和490nm處。這兩個峰分別來自基質中深施主和淺施主能級和Cu離子t能級間電子躍遷引起的發(fā)射。F-作為Cu的敏化離子，替代S2-形成正電中心Fs*，導致激發(fā)能就可能在FS*和F之間發(fā)生無輻射傳遞，熒光減弱。共激活劑Ce3+置換晶格中的Zn2+，在導帶底的下邊形成正電中心，與Cu+形成的負電中心形成施主-受主對，使發(fā)光增強。