CdSeCdS量子点的发光性能.ppt

CdSe/ CdS量子点发光特性 引言 半导体量子点由于具有独特的发光特性而具有极高的应用价值。本文介绍了半导体量子点的发光原理和发光特性, 在实验中发现核壳结构的CdSe/ CdS 半导体量子点比没有包覆的CdSe 半导体量子点的发光稳定性提高, 吸收光谱和发射光谱均发生红移, 而且粒径不同, 半导体量子点所呈现的颜色也不同, 随着粒径的增加吸收光谱和发射光谱向长波方向红移。半导体量子点是直径在 1-10 nm范围内。半导体量子点由于量子限域效应而具有既不同于体相材料的光学性质 。 CdSe/ CdS量子点发光特性 发光原理 当半导体量子点的颗粒尺寸与其激子的玻尔半径（纳米半导体材料中处于激发态电子的轨道半径）相近时, 随着尺寸减小, 其载流子的运动将受限, 导致动能的增加, 原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级，半导体颗粒的有效带隙增加( 如图1 所示), 其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移, 而且尺寸越小, 蓝移幅度越大。 半导体材料吸收光子后, 其价带上的电子跃迁到导带, 导带上的电子还可以再跃迁回价带而发射光子, 也可以落入电子陷阱中。当电子落入较深的电子陷阱中的时候, 只有极少数的电子以光子的形式跃迁回价带或吸收一定能量后又跃迁回到导带。 因此, 当半导体材料的电子陷阱较深时, 它的发光效率会明显降低。 CdSe/ CdS量子点发光特性 半导体量子点受光激发后能够产生空穴- 电子对( 即激子)，电子和空穴复合的途径主要有： (1)电子和空穴直接复合, 产生激子态发光。 (2)通过表面缺陷态间接复合发光。在纳米颗粒的表面存在着许多悬挂键, 从而形成了许多表面缺陷态。当半导体量子点材料受光的激发后, 光生载流子以极快的速度受限于表面缺陷态而产生表面态发光。量子点的表面越完整, 表面对载流子的捕获能力就越弱, 从而使得表面态的发光就越弱。 (3) 通过杂质能级复合发光。 以上3 种情况的发光是相互竞争的。如果量子点的表面存在着许多缺陷, 对电子和空穴的俘获能力很强, 使得它们直接复合的几率很小, 从而使得激子态的发光就很弱。为了消除由于表面缺陷引起的缺陷态发光而得到激子态的发光, 常常设法制备表面完整的量子点或者通过对量子点的表面进行修饰来减少其表面缺陷, 从而使电子和空穴能够有效地直接复合发光。 CdSe/ CdS量子点发光特性 CdSe/ CdS量子点发光特性 发光特性 (1) 半导体量子点的发光性质可以通过改变量子点的尺寸来加以调控。通过改变半导体量子点的尺寸和它的化学组成可以使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。 (2) 半导体量子点具有较大的斯托克斯位移（荧光光谱较相应的吸收光谱红移）和较窄而且对称的荧光谱峰( 半高全宽只有40 nm) , 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、识别会变得更加容易。 (3) 半导体量子点具有较高的发光效率。 CdSe/ CdS量子点发光特性 在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。在CdSe 量子点的表面包覆一层 CdS 可以使量子产率达到50%，大大提高了光稳定性。 在水相中制备了CdSe和核/壳型CdSe/CdS 半导体量子点, 其荧光光谱和吸收光谱如图3所示, 在 CdSe 量子点的表面上包覆一层宽带隙的CdS壳层可以大幅度提高发光效率和发光稳定性, 而且吸收光谱和发射光谱均发生红移, 这可能是由于部分激子渗入到壳层中造成的。 通过改变颗粒尺寸得到了不同发射波长和吸收波长的CdSe/CdS 半导体量子点, 其发射光谱和吸收光谱如图4 所示, 从图中可以看出随着粒径的增加吸收光谱和发射光谱的位置都有红移现象发生, 这主要是由于量子尺寸效应所致。 CdSe/ CdS量子点发光特性 CdSe/ CdS量子点发光特性 CdSe/CdS量子点发光特性 CdSe/CdS量子点在光电子学方面的应用 半导体量子点可以通过改变颗粒尺寸而获得不同的发射波长,发光光谱较窄。因此将半导体量子点材料与有机/ 聚合物发光材料复合用于电致发光器件, 来获得高色纯度、窄谱带以及在可见光范围内发光峰连续可调的系列电致发光器件，使其在光电子器件方面展现出广阔的应用前景。 用CdSe 量子点材料和聚合物材料PPV复合制备了双层结构的发光器件, 发光颜色从红色调谐到黄色, 在较高电压时聚合物层PPV发出的绿光占主要优势, 亮度可以达到100cd/m2。 将核壳结构的CdSe/ CdS半导体量子点用于有机无机复合结构的电致发光器件 ITO/ PPV/ CdS