半导体纳米材料的光学性能及研究进展
半导体激光器的研究进展
半导体激光器的研究进展摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。
以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。
一、引言。
激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。
半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。
半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。
半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。
本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。
二、大功率半导体激光器的发展历程。
1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。
由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。
从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。
1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。
随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。
纳米光电技术的研究现状和应用前景
纳米光电技术的研究现状和应用前景纳米技术作为一个新兴的研究领域，得到了各个领域的高度重视。
而其中的纳米光电技术则成为了近年来的研究热点之一。
纳米光电技术不仅具有纳米技术的优点，同时又结合了电子与光子的重要特性，所以可以广泛应用于生物医学、环境监测、通信技术等领域。
一、纳米光电技术的研究现状1. 光电材料在纳米光电技术应用中使用的材料应该不仅具有特殊的物理和化学性质，同时还要便于制作、处理和控制。
常用的纳米光电材料包括半导体纳米量子点、纳米金、碳纳米管等。
半导体纳米量子点具有较强的发光性能，能够在控制的条件下发出不同颜色的光。
此外，由于其小尺寸，达到纳米级别，具有很强的光稳定性和耐久性，是光电设备和电子产品中的重要材料。
纳米金的光学特性在太阳能转换、生物成像、传感器和探测器等方面具有广泛的应用。
同时，金的化学惰性也保证其长期稳定性和不受疾病诱导的光学性能损害。
碳纳米管具有优良的光学和电学性能，广泛应用于电子、医学成像等领域。
其优异的机械特性使其成为高强度的建筑材料、超导体、动力学器件等的理想原料。
2. 纳米光电器件光电器件是纳米光电技术研究的另一重要领域。
一个完好的光电器件，需要有合适的纳米材料、优良的结构设计和高精度的加工工艺。
在全球范围内，科学家们已成功制备出一些高效的纳米光电器件。
例如，组合了纳米量子点和有机分子的有机光电探测器，已经被广泛地应用在太阳能电池、光学传感器和光学通讯领域；而基于纳米光子学的光波缆，可以大大提高光纤通讯的传输速率，这也将为人们带来更加方便快捷的网络通讯环境。
此外，在生物医学领域，基于纳米技术的生物成像技术，结合了纳米材料和对光的敏感检测器，能够有效地检测人体内不同类型的细胞、组织和器官。
3. 纳米光电技术的应用纳米光电技术目前已被广泛应用于不同领域，例如环境监测、生物医学和通信技术等领域。
在环境监测中，利用纳米材料的优良导电性和敏捷性，可以研究大气污染和水土污染等问题。
纳米半导体材料及其纳米器件研究进展
学和质量输运及其二者相互耦合的复杂过程 M OCVD 是在常压或低压 To rr 量级 下生长 的 氢气携带的金属有机物源 如 族 在扩散 通过衬底表面的停滞气体层时会部分或全部分解成
族原子 在衬底表面运动迁移到合适的晶格位 置 并捕获在衬底表面已热解了的 族原子 从 而形成 - 族化合物或合金 在通常温度下 MOCVD生长速率主要是由 族金属有机分子通过
２．３ 应变自组装纳米量子点 线 结构生长技术
异质外延生长过程中 根据晶格失配和表
面 界面能不同 存在着三种生长模式[8] 晶格
匹配体系的二维层状 平面 生长的 F rank - Van
der Merwe 模式;大晶格失配和大界面能材料体系的
三维岛状生长模式 即 Volmer-Weber 模式 大晶
２ 半导体纳米结构的制备技术
半导体纳米结构材料的发展很大程度上是依赖 材料先进生长技术 MBE, MOCVE 等 和精细加 工工艺 聚焦电子 离子束和 x- 射线 光刻技术 等 的进步 本节将首先介绍 MBE 和 MOCVD 技 术 进而介绍如何将上述两种技术结合起来实现纳 米量子线和量子点结构材料的制备 并对近年来得 到迅速发展的应变自组装制备量子点 线 和量子 点 线 阵列方法进行较详细讨论 最后对其它制 备技术也将加以简单介绍
目前 除研究型的 MBE 外 生产型的 MBE 设备也已有商品出售 如 Riber’s MBE6000 和VG Semicon’s V150 MBE 系统 每炉可生产 9×4" 4×6" 或 45×2" 片 每炉装片能力分别为 80×6" 180×4" 片和 64×6" 144×4" 片 App lied EPI MBE’s GEN2000 MBE 系统 每炉可生产 7×6" 片 每炉装片能力为 182×6" 片
半导体纳米材料范文
半导体纳米材料范文半导体纳米材料是一类具有特殊尺度效应的材料，其尺寸通常在1到100纳米之间。
由于其纳米尺寸，使得半导体纳米材料的电学、光学和磁学性质与其宏观对应物质存在较大的差异，具有许多独特的优势和应用前景。
以下是关于半导体纳米材料的一些重要内容。
首先，半导体纳米材料具有量子尺寸效应。
量子尺寸效应是指当半导体材料的尺寸缩小到纳米级别时，电子和空穴受限于内部空间，其运动仅限于三个维度之内，从而产生量子化的能级结构。
这种量子化的能级结构会影响材料的光学、电学和磁学性质，导致具有特殊的光学吸收、荧光发射性质等。
半导体纳米材料还具有高度可调性。
随着纳米颗粒的尺寸变化，半导体纳米材料的能带结构和带隙能随之改变。
这种可调性使得半导体纳米材料能够在可见光和红外光谱范围内表现出不同的光学吸收和发射性质，从而广泛应用于传感器、太阳能电池等领域。
此外，半导体纳米材料还具有高比表面积和界面效应。
由于其纳米尺寸，半导体纳米材料具有非常高的比表面积，使其能够提供更多的反应位点，从而增强了其在催化剂、储能材料等方面的应用潜力。
此外，纳米材料的界面效应也会对其光学和电学性质产生影响，从而进一步拓宽了其应用范围。
半导体纳米材料在能源领域具有广泛的应用前景。
例如，半导体纳米材料可以应用于太阳能电池中，以提高光电转化效率。
由于其量子尺寸效应和可调性，半导体纳米材料能够对太阳光谱的不同波长具有选择性地吸收和发射，从而实现更高效的光电转化。
此外，在储能材料方面，半导体纳米材料还可以用于锂离子电池、超级电容器等领域，以提高储能密度和循环稳定性。
此外，半导体纳米材料还具有许多其他应用。
例如，在生物医学领域，半导体纳米材料可以用于生物标记、癌症治疗等应用，通过调控其光学性质和表面功能化，实现对细胞和组织的高灵敏检测和精确治疗。
在光电子学领域，半导体纳米材料也可以用于光学器件和显示技术，如LED、激光器等。
总之，半导体纳米材料的独特性质使其在能源、生物医学、光电子学等领域具有广泛的应用前景。
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的历史现状及研究进展(精)半导体材料的研究进展摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。
半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。
本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。
关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势一、半导体材料的发展历程半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。
宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。
1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。
1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。
50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。
60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。
1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。
90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。
新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通状态所需的能量。
光电半导体材料的研究及其应用
光电半导体材料的研究及其应用光电半导体材料是当今高科技领域中最重要的材料之一。
作为一种集光学、电学、物理学和化学等多项学科的综合体，它具有独特的物理、化学、电学性能，以及优异的光电转换效率和储存容量。
在光纤通讯、太阳能电池、LED照明、半导体激光、集成电路以及医疗和生物科技领域等方面得到广泛应用。
本文将介绍光电半导体材料的研究发展和应用现状。
一、近年来光电半导体材料的研究进展光电半导体材料是由半导体材料和光电材料组成的材料，用于制造光电器件和设备。
其研究重点是提高材料的光电转换效率和储存容量，同时保持材料的稳定性和长寿命性能。
近年来，光电半导体材料的研究重点主要有以下几个方面：1.阴离子掺杂阴离子掺杂是将同种半导体材料中的一些离子替换成其他离子，从而改变材料的性质和性能的方法。
这种方法通过掺杂过程可以调节光电半导体材料的电学、光学和电子结构等性质，进而提高其光电转换效率。
一些研究人员利用阴离子掺杂技术改善了光电转换效率，加强了电子传输和缩短了自由载流子的寿命，实现了一些新型光电器件的研究和制备。
2.量子点技术量子点技术是一种将半导体材料限制在纳米尺度的制备方法，可以用于制备具有特殊光学、电学和磁学性质的新型光电器件。
这种制备方法可以大量提高光电半导体材料的储存容量和光电转换效率，进而提高其在光纤通讯、激光器、太阳能电池等领域的应用性能。
3.控制光学特性控制光学特性是一种通过改变光电半导体材料的表面形态和结构设计，从而改变其光电性质和性能的技术。
这种方法可以对光电半导体材料的光电转换效率和储存容量进行有效控制，增强水溶性材料的附着力和稳定性。
二、光电半导体材料在各领域中的应用光电半导体材料在各领域中的应用涵盖了光电信息、能源、生命科学等多个领域。
1. 半导体激光半导体激光器是将光电半导体材料转换成激光的器件，用于在通信、医疗、化妆品加工等领域。
近年来，半导体激光器的研发和应用领域不断拓展。
目前，半导体激光器已经广泛应用于太空通信、激光雷达、医疗设备、工业加工和消费电子产品等领域。
纳米材料的研究进展以及应用前景研究
纳米材料的研究进展以及应用现状1.绪论从概念来说，纳米材料是由无数个晶体组成的，它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度，它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料，试图打造一种全新的新技术材料，将来为人类创造更大的价值。
纳米科学技术也引起了科学家的重视，在当代的科学界有着举足轻重的地位。
纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术，纳米材料技术等。
其中纳米材料技术主要应用于材料的生产，主要包括航天材料、生物技术材料，超声波材料等等。
从1861年开始，因为胶体化学的建立，人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。
然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”，由于当时科技水平落后研究失败。
2.纳米材料的应用现状研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒，不仅可以除去异味和消毒。
还使得衣服不易出现折叠的痕迹。
很多衣服都是纤维材料制成的，通常衣服上都会出现静电现象，在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料，冰箱可以消毒。
利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。
另外利用纳米粉末，可以快速使废水彻底变清水，完全达到饮用标准。
这个技术可以提高水的重复使用率，可以运用到化学工业中。
比如污水处理厂、化肥厂等，一方面使得水资源可以再次利用，另一方面节约资源。
纳米技术还可以应用到食品加工领域，有益健康。
纳米技术运用到建筑的装修领域，可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。
玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，根本不用擦洗。
这样就可以节约成本，提高装修公司的经济效益。
使用纳米微粒的建筑材料，可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。
纳米材料可以提高汽车、轮船，飞机性能指标。
纳米材料的光学性质研究
纳米材料的光学性质研究纳米材料的光学性质一直以来都是材料科学研究的热点之一。
随着纳米技术的迅速发展，人们对纳米材料的光学性质有了更深入的认识，并且发现其在光电器件和传感器等领域具有巨大的应用潜力。
本文将探讨纳米材料的光学性质及其研究进展。
一、纳米材料的定义与分类纳米材料是一种具有尺寸在纳米尺度范围内的物质，通常包括纳米粒子、纳米线、纳米片以及纳米结构的复合材料等。
根据其形貌和组成可分为金属纳米材料、半导体纳米材料和纳米复合材料等多种类型。
二、纳米材料的光学性质纳米材料具有与其尺寸有关的独特的光学性质，与宏观材料相比，纳米材料在吸收、散射、发射和透明度等方面表现出截然不同的特点。
1. 吸收性能纳米材料的吸收性能与其尺寸密切相关。
当材料的特征尺寸接近光波的波长时，会出现明显的吸收峰。
纳米材料所特有的局域表面等离子体共振效应（localized surface plasmon resonance, LSPR）是其吸收性能的重要因素之一。
2. 散射性能纳米材料的散射性能主要受到材料的折射率、尺寸和形状等因素的影响。
纳米材料的小尺寸和高表面积使其具有较大的散射截面，能够散射入射光的较大部分能量。
3. 发射性能纳米材料的发射性能体现了其荧光、磷光和拉曼散射等特性。
纳米材料的尺寸和表面修饰可以调控其发射性能，使其在不同波段呈现出不同的发射光谱。
4. 透明度纳米材料通常具有高透明度，并且可以通过调节纳米结构的尺寸和形貌，实现对不同波长的光的选择性透过。
三、纳米材料光学性质的研究方法研究纳米材料光学性质的方法主要包括吸收光谱、散射光谱、荧光光谱、表面增强拉曼光谱等。
1. 吸收光谱通过测量样品在不同波长下的吸收光谱，可以确定纳米材料的吸收能力以及吸收峰的位置和强度等。
吸收光谱是研究纳米材料光学性质的常用手段之一。
2. 散射光谱散射光谱可以通过测量样品对入射光的散射光进行分析，获得材料的散射特性。
根据散射的类型和强度等信息，可以了解纳米材料的形貌、尺寸和结构等信息。
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・综合评述・半导体纳米材料的光学性能及研究进展Ξ关柏鸥 张桂兰 汤国庆(南开大学现代光学研究所,天津300071)韩关云(天津大学电子工程系,300072) 摘要 本文综述了近年来半导体纳米材料光学性能方面的研究进展情况,着重介绍了半导体纳米材料的光吸收、光致发光和三阶非线性光学特性。
关键词 半导体纳米材料;光学性能The Optica l Properties and Progress of Nanosize Sem iconductor M a ter i a lsGuan B ai ou Zhang Gu ilan T ang Guoqing H an Guanyun(Institute of M odern Op tics,N ankaiU niversity,T ianjin300071)Abstract T he study of nano size sem iconducto r particles has advanced a new step in the understandingof m atter.T h is paper summ arizes the p rogress of recent study on op tical p roperties of nano size sem icon2ducto r m aterials,especially emphasizes on the op tical2abso rp ti on,pho to lum inescence,nonlinear op ticalp roperties of nano size sem iconducto r m aterials.Key words nano size sem iconducto r m aterials;op tical p roperties1 引言 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。
八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。
低维材料一般分为以下三种:(1)二维材料,包括薄膜、量子阱和超晶格等,在某一维度上的尺寸为纳米量级;(2)一维材料,或称量子线,线的粗细为纳米量级;(3)零维材料,或称量子点,是尺寸为纳米量级的超细微粒,又称纳米微粒。
随着维数的减小,半导体材料的电子能态发生变化,其光、电、声、磁等方面性能与常规体材料相比有着显著不同。
低维材料开辟了材料科学研究的新领域。
本文仅就半导体纳米微粒和由纳米微粒构成的纳米固体的光学性能及其研究进展情况做概括介绍。
2 半导体纳米微粒中电子的能量状态 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子、空穴)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,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。
关于半导体纳米微粒中电子能态的理论工作最早是由AL.L.Efro s和A.L.Efro s开展的[1]。
他们采用有效质量近似方法(E M A),根据微粒尺寸R与体材料激子玻尔半径a B之比分为弱受限(Rµa B,a B=a e+ a h,a e,a h分别为电子和空穴的玻尔半径)、中等受限(a h <R<a e)和强受限(Rνa e,Rνa h)三种情况进行讨论,给出了各种情况下的激子能级公式。
后来L.E.B ru s 和Y.Kayanum a等人[2～6]发展了文献[1]的工作。
根据文献[2～6]最低激发态能级为 E(R)=E g+∂2Π22ΛR2-1.786e2Ε2R-0.248E R式子右边第一项为体材料带隙,第二项为动能项(量子 光电子・激光 第9卷 第3期1998年6月JOU RNAL O F O PTO EL ECTRON I CS・LA SER V o l.9 N o.3 Jun.1998Ξ国家自然科学基金和国家教委光学信息技术科学开放实验室资助课题收稿日期:1997209201修订日期:1997212230受限项),第三项为电子、空穴间的库仑作用能,第四项为表面极化项(通常情况下很小)。
从此式可以看出E (R )随微粒尺寸R 的变化情况。
3 半导体纳米材料的线性光学性质3.1 光吸收特性 由于量子尺寸效应导致能隙增大,半导体纳米材料的吸收光谱向高能方向移动,即吸收蓝移[7,8]。
同时,由于电子和空穴的运动受限,他们之间的波函数重叠增大,激子态振子强度增大[9～12],导致激子吸收增强,因此很容易观察到激子吸收峰,导致吸收光谱结构化,如图1所示[13]。
图1 CuCl 纳米微晶的激子吸收峰粒径:1231nm ;222.9nm ;322.0nmF ig .1 Exc ition spectra for CuCl m icrocryst allites as the radius R changes fro m 31nm (curve 1)to 2.9nm(curve 2)to 2.0nm (curve 3) 通常通过吸收光谱来研究半导体纳米微粒的量子尺寸效应和激子能级结构,近年来,研究较多的有[14～20]: 2 族半导体GaA s 、InSb 和GaP ; 2 族半导体ZnS 、CdS 、CdSe 和CdT e ; 2 族半导体Cu 2C l 、CuB r 和Cu I ;PbS 、Pb I 和间接带隙半导体材料A g 2B r ;过渡金属氧化物Fe 2O 3、Cu 2O 、ZnO 和非过渡金属氧化物SnO 2、In 2O 3、B i 2O 3等。
余保龙等人[21]研究发现,SnO 2纳米微粒用表面活性剂分子包覆时,由于表面的介电限域效应其吸收带边发生红移,而且随着表面包覆物与SnO 2的介电常数差值增大和包覆物的浓度增大,其红移量增大。
3.2 发光特性 半导体纳米微粒受光激发后产生电子2空穴对(即激子),电子与空穴复合的途径有 (1)电子和空穴直接复合,产生激子态发光。
由于量子尺寸效应的作用,发射波长随着微粒尺寸的减小向高能方向移动(蓝移)。
(2)通过表面缺陷态间接复合发光[9,22]。
在纳米微粒的表面存在着许多悬挂键、吸附类等,从而形成许多表面缺陷态。
微粒受光激发后,光生载流子以极快的速度受限于表面缺陷态,产生表面态发光。
微粒表面越完好,表面对载流子的陷获能力越弱,表面态发光就越弱。
(3)通过杂质能级复合发光。
这三种情况是相互竞争的。
如果微粒表面存在着许多缺陷,对电子、空穴的俘获能力很强,一经产生就被其俘获,它们直接复合的几率很小,则激子态发光很弱,甚至可能观察不到,而只有表面缺陷态发光。
要想有效地产生激子态发光,就要设法制备表面完好的纳米微粒,或通过表面修饰来减少其表面缺陷,使电子和空穴能够有效地直接辐射复合。
图2a 是分散于聚合物薄膜中的CdS 纳米微粒的发射光谱,几种发光机制如图2b 所示[23]。
(a )图2 (a )CdS 纳米微粒的发射光谱三条曲线分别对应于三种不同方法制得的不同尺寸的样品F ig .2 (a )The lu m i nescence spectra for CdS m icrocryst allites with differen t di ameter(b )图2 (b )CdS 纳米微粒的可能发光机制F ig .2 (b )Sche matic di agram of possible lu m i nescencetrasition s for a CdS m icrocryst allite 人们还发现[24～29],一些本来不发光的半导体材料,当其尺寸减小到纳米量级时,却可以产生很强的光发射。
Si 和Ge 都是间接带隙半导体,其导带极小和价带极大不在K 空间同一点上,电子带间跃迁后动量要发生变化,必须由声子提供动量才能满足动量守恒条件,因此电子带间跃迁必须有光子和声子共同参与才能实现。
这是一种二次跃迁过程,发生的几率非常小,因此发光效率非常非常低。
但是,尺寸在4nm 以下的・162・ 第3期 关柏鸥等:半导体纳米材料的光学性能及研究进展Ge超微粒在室温下就有很强的发光,纳米尺寸的Si 也能产生很强的光发射。
有关发光机理,还有待于进一步研究。
B hargava等人[30,31]首次研究了掺杂半导体纳米材料ZnS:M n2+的光学特性。
体材料ZnS:M n2+粉末是一类广泛使用的发光材料,基质带间激发后,将能量有效转移给M n2+离子,导致M n2+离子4T1→6A1跃迁发射。
B hargava发现,尺寸为3nm的ZnS:M n2+纳米微粒的发光效率高达18%,M n2+离子4T1→6A1跃迁的辐射寿命比体材料快了5个数量级,而且,发光效率随着微粒尺寸的减小而增大。
他认为ZnS:M n2+纳米微晶如此高的发光效率是由于在纳米体系中电子、空穴对能够快速向M n2+转移以及M n2+离子4f电子的快的复合寿命导致的。
对于发光效率随着粒径的减小而增大的原因,亦做了解释。
勒春明等人[32,33]研究了表面活性剂对纳米ZnS:M n2+材料中M n2+离子发光的影响,并对ZnS:M n2+微晶掺杂玻璃的光学性质做了研究。
对纳米尺寸ZnS:M n2+的研究开创了半导体纳米材料研究的新领域,同时也表明纳米材料中杂质离子与基质之间的相互作用还有许多新的物理内容需要揭示和探索。
4 半导体纳米材料的非线性光学性质4.1 共振的三阶光学非线性 半导体纳米微粒的共振光学非线性模型是由Y. W ang等人[34,35]建立起来的。
根据微粒尺寸R与体材料激子半径a B之比分为以下三种情况: (1)弱受限(Rµa B)。
在此区域内,纳米微粒的光学非线性机制与体材料相类似,可用带填充模型来描述[34]。
三阶非线性极化率的大小由电子、空穴的有效质量m e3、m h3和吸收系数Α决定。
利用泵浦探测技术,根据吸收光谱随光子能量的变化关系,能够得到∃Α的值。
(2)中等受限(R≈a B)。
Y.W ang等[34,35]认为,在此区域内共振光学非线性来源于纳米微粒的表面效应。
他们用p s光脉冲激发CdS超微粒,然后用探测脉冲(p s)研究CdS超微粒受激发后的光吸收行为,发现激子吸收被漂白了,认为这种激子吸收漂白效应是由于纳米微粒的表面效应引起的。
在纳米微粒的表面存在着许多悬挂键、吸附类等,从而形成许多表面缺陷态,光激发后,光生载流子以极快的速度(<1p s)受限于表面缺陷态[22,36,37]。
受限的电子、空穴与激子之间发生很强的相互作用,如图3所示。