利用N型半导体纳米材料抑制单量子点的荧光闪烁特性
半导体量子点单光子源的机理与实现
半导体量子点单光子源的机理与实现半导体量子点单光子源是一种能够发射出单个光子的光源，它在量子通信、量子计算等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍半导体量子点单光子源的机理和实现方法。
一、半导体量子点的基本概念半导体量子点是一种纳米级的材料，其尺寸通常在1-10纳米之间。
由于其尺寸远小于光波长，量子点表现出了与体块材料不同的电子结构和光学性质。
半导体量子点可以被看作是一种人工合成的原子，其能级结构可以通过调控尺寸和组成来实现。
二、半导体量子点的发光机制半导体量子点的发光机制是通过电子从激发态跃迁到基态时释放出光子的过程。
在半导体量子点中，电子和空穴之间的能级间隔与量子点的尺寸密切相关。
当外界施加一定的能量激发了量子点中的电子，电子将从价带跃迁到导带，形成激子。
随后，激子可以通过自发辐射或受到外界激励而发射出光子。
三、半导体量子点单光子源的实现实现半导体量子点单光子源的关键在于控制量子点的能级结构和发光过程。
以下是两种常见的实现方法：1. 电子束曝光法：通过使用电子束曝光技术，可以在半导体材料上制备出排列有序的量子点阵列。
在这种方法中，通过控制电子束的能量和剂量，可以实现量子点的精确定位和尺寸控制。
通过这种方法制备的量子点具有较好的发光性能，能够实现较高的单光子发射效率。
2. 分子束外延法：分子束外延是一种在真空条件下生长晶体的技术，可以用来制备高质量的半导体量子点薄膜。
通过调节生长参数，可以控制量子点的尺寸和组成，从而实现对量子点能级结构的精确调控。
利用这种方法制备的半导体量子点单光子源具有较高的发光效率和较窄的光谱宽度。
四、半导体量子点单光子源的应用半导体量子点单光子源在量子通信、量子计算等领域具有广泛的应用前景。
在量子通信方面，半导体量子点单光子源可以用来实现安全的量子密钥分发和量子隐形传态等量子通信协议。
在量子计算方面，半导体量子点单光子源可以用来实现量子比特的初始化和读出操作，是构建可扩展量子计算系统的重要组成部分。
半导体纳米结构的发光性质及其机理.doc
半导体纳米结构的发光性质及其机理.doc半导体发光的分类：1）光致发光，2）电致发光，3）阴极射线发光，4）X射线及高能例子发光，5）化学发光以及6）生物发光等。
其共同点就是用不同的能量激发半导体，让其发光，也就是把不同形式的能量转换为光能。
PL定义：Luminescence is one of the most important methods to reveal the energy structure and surface states of semiconductor nanoparticles and has been studied extensively. Whenever a semiconductor is irradiated, electrons and holes are created. If electronhole pairs recombine immediately and emit a photon that is known as fluorescence and if the electrons and holes created do not recombine rapidly, but are trapped in some metastable states separately, they need energy to be released from the traps and recombine to give luminescence. If they spontaneously recombine after some time, it is called photoluminescence (PL). It is reported that the fluorescence process in semiconductor nanoparticles is very complex, and most nanoparticles exhibit broad and Stokes shifted luminescence arising from the deep traps of the surface states. Only clusters with goodsurface passivation may show high band-edge emission. 5,267,338,339 If the detrapping process is caused by heating or thermostimulation, the luminescence is called thermoluminescence (TL), and the energy corresponding to the glow peak is equal to the trap depth. The TL process is different from the PL not sufficiently high to excite the electrons from their ground states to their excited states. Only the carriers ionized from the surface states or defect sites are involved in the TLprocess; that is, the thermoluminescence has arisen from the surface states. Thermoluminescence is a good way to detect the recombination emission caused by the thermal detrapping of carriers. It is well known that the UV emission peaks originate from the recombination of free excitons through an exciton-exciton collision process corresponding to near-band-edge (NBE) emission The room-temperature photoluminescence (PL) using a Nd: yttrium-aluminum-garnet laser with a wavelength of 325 nm and a 6 ns pulse width as the excitation source and a 3 nm spectrometer (Shimadzu Corp. RF-5301) with an intensified charge coupled device (ICCD) camera (Roper Scientific) as the detection stage可以先无辐射跃迁到缺陷中心，在下来也可以辐射跃迁到缺陷中心，在无辐射到价带主要，看缺陷中心的能级在哪里发光机制几种辐射复合跃迁发光类型:1.激子复合发光在纯净的ZnO薄膜材料中，电子和空穴能形成激子，激子的束缚能约为60 meV，激子的复合能发射出窄的谱线。
半导体荧光量子点的合成及其闪烁行为调控
半导体荧光量子点的合成及其闪烁行为调控半导体量子点(Quantum Dots,QDs)是一类重要的无机纳米荧光材料,具有激发光谱范围宽,发射光谱范围窄而且具有尺寸依赖性,荧光量子产率高,光化学稳定性好,荧光寿命长等优异的光学性质,因此被广泛应用于单光子光源,太阳能电池,LED灯管及显示器,生物成像等领域。
然而,在单颗粒(分子)水平上,单颗量子点的荧光发射存在严重的闪烁(Blinking)行为,跨度从几毫秒到几分钟不等。
这种固有缺陷严重限制了量子点在一些需要以单个颗粒作为发射光源的生物及光电领域的应用。
当前部分实验研究表明,量子点“表面缺陷”引发的非辐射复合过程是导致闪烁行为的主要原因。
本论文从以上科学问题出发,围绕半导体荧光量子点的合成及闪烁行为调控开展一系列工作,从硫醇配体修饰,聚膦腈聚合物壳层包覆,量子点核合金结构等角度调控量子点的闪烁行为,争取实现完全或较大程度的抑制量子点的闪烁。
主要研究工作包括以下几个方面:(1)通过无机壳层形成和有机小分子硫醇配体的修饰方法调控CdSe/CdS量子点的闪烁行为。
首先,我们采用有机金属热分解法制备了CdSe量子点,通过连续离子层吸附反应法(Successive Ion Layer adsorptionandreaction,silar)引入cds壳层制备cdse/cds核/壳量子点。
其次,系统考察了不同结构的烷基硫醇对cdse/cds 量子点闪烁行为的影响,实验发现硫醇修饰的cdse/cds量子点的闪烁行为取决于硫醇的结构,浓度和退火时间。
量子点闪烁的抑制机理主要归因于硫醇在高温下分解并释放出s2-,并与溶液中游离的cd2+反应生成cds,引发量子点表面重构并进行二次生长,进而消除表面缺陷并抑制闪烁。
在优化条件下,硫醇修饰的cdse/cds量子点中有83%表现出不闪烁行为(监测时间内“明态”部分比例>99%),量子产率高,发射峰较窄且对称,并具有优良的荧光稳定性。
量子点半导体材料
量子点半导体材料量子点半导体材料是一种具有特殊结构和性质的材料，由纳米级别的半导体颗粒组成。
它具有许多独特的特性，使其在光电子学、光伏能源、生物医学和量子计算等领域具有广泛的应用前景。
量子点半导体材料具有尺寸效应。
由于其尺寸处于纳米级别，量子点的电子在三个维度上受限，导致其能带结构和电子性质发生变化。
量子点的尺寸可以通过控制合成方法和实验条件来调控，在一定范围内可以调节其能带宽度和能级间隔，从而实现对材料的光学和电学性质的调控。
量子点半导体材料具有量子限制效应。
量子点的尺寸越小，其能带宽度越大，能级间隔越大，体现了量子效应的特性。
这种量子限制效应使得量子点能够在更宽的波长范围内吸收和发射光线，从紫外到红外都有应用潜力。
这也是量子点半导体材料在光电子学领域中的重要应用，例如在显示技术中的量子点发光二极管（QLED）。
量子点半导体材料具有高光子转换效率。
由于其尺寸小，能级间隔大，能够有效地限制载流子的复合过程，从而减少能量损失。
这使得量子点材料具有高效的光电转换能力，可用于制造高效的光伏器件。
量子点半导体材料还具有较高的稳定性和耐久性。
由于其结构紧密，能够有效地抵抗氧化和光热降解等因素的影响，使其具有较长的使用寿命。
这使得量子点材料在光电子学和光伏能源等领域中具有更广泛的应用前景。
量子点半导体材料是一种具有特殊结构和性质的材料，具有尺寸效应、量子限制效应、高光子转换效率、高稳定性和耐久性等特点。
它在光电子学、光伏能源、生物医学和量子计算等领域具有广泛的应用前景。
随着对量子点合成方法和性质调控的不断研究和发展，相信量子点半导体材料的应用前景将会更加广阔。
《氮化物半导体量子点中的束缚极化子、激子及应变效应》范文
《氮化物半导体量子点中的束缚极化子、激子及应变效应》篇一一、引言随着科技的快速发展，半导体材料及其在电子和光电子器件中的应用已经成为当今科技进步的关键领域。
其中，氮化物半导体因其独特的光电性能在光电子器件、纳米电子器件等领域具有广泛的应用前景。
近年来，氮化物半导体量子点因其尺寸小、量子效应显著等特点，在光电器件中展现出独特的性能。
本文将重点探讨氮化物半导体量子点中的束缚极化子、激子以及应变效应的特性和影响。
二、氮化物半导体量子点中的束缚极化子束缚极化子是氮化物半导体量子点中一种重要的电子激发态。
在量子点中，由于尺寸效应和量子限域效应，电子和空穴的波函数发生明显的变化，形成束缚态。
这种束缚态的电子和空穴由于库仑相互作用而形成极化子。
束缚极化子的存在对氮化物半导体量子点的光学性质和电学性质具有重要影响。
首先，束缚极化子能够影响氮化物半导体量子点的能级结构。
由于电子和空穴的相互作用，量子点的能级发生分裂，形成一系列分立的能级。
这些能级的存在使得量子点具有独特的光学吸收和发射特性。
其次，束缚极化子还对氮化物半导体量子点的光电转换效率产生影响。
由于极化子的存在，量子点中的光生载流子更容易被分离和传输，从而提高光电转换效率。
三、氮化物半导体量子点中的激子激子是氮化物半导体量子点中另一种重要的电子激发态。
当光子能量大于半导体材料的带隙时，光子被吸收并激发出电子和空穴对，形成激子。
激子的存在对氮化物半导体量子点的发光性能具有重要影响。
首先，激子能够影响氮化物半导体量子点的发光颜色。
由于激子的能级与量子点的能级相匹配，激子的复合发光可以产生特定颜色的光。
通过调节激子的能级和数量，可以实现对氮化物半导体量子点发光颜色的调控。
其次，激子还对氮化物半导体量子点的发光效率产生影响。
激子的复合发光是发光效率的主要来源，因此激子的数量和寿命直接影响到量子点的发光效率。
通过优化激子的产生和复合过程，可以提高氮化物半导体量子点的发光效率。
半导体量子点中的光谱特性研究
半导体量子点中的光谱特性研究半导体量子点是一种具有特殊光学和电学性质的纳米结构材料。
其在能带结构、载流子输运、光学特性等方面与传统材料存在着显著差异。
近年来，量子点材料的研究引起了人们的广泛关注，特别是对其光谱特性的研究。
光谱特性是研究半导体量子点的重要方面之一。
量子点吸收、荧光、激子之间的相互作用等光谱特性对其在光电器件、生物成像等领域的应用具有重要意义。
在实际应用中，人们经常通过光谱测量来了解材料的光学性质。
在半导体量子点中，物质与光的相互作用主要通过激子发生。
激子是由电子和空穴组成的一种束缚复合态，具有光谱特性独特的能级结构。
在量子点中，激子的能级受到尺寸量子限制的影响，导致其能隙大小与材料的体相不同。
这种尺寸效应使得量子点在能带结构、禁带宽度等方面呈现出不同于体相材料的特殊性质。
半导体量子点的光谱特性研究主要包括吸收光谱和荧光光谱两个方面。
吸收光谱研究通常采用紫外-可见光谱仪等实验装置，通过测量材料对入射光的吸收强度来分析其能带结构和能隙大小。
而荧光光谱研究则通过测量材料在受激后发射的光子能量和强度来揭示材料的激子、激发态能级结构等信息。
利用吸收光谱和荧光光谱研究，可以深入了解量子点的能带结构和能量分布，从而指导量子点在光电器件中的应用设计。
例如，通过调节量子点的尺寸、形状和表面修饰等参数，可以实现量子点荧光颜色的调控，从而在显示、照明等领域获得更好的效果。
同时，研究表明，量子点在光电子学领域也具有很多潜在应用，如光传感、光储存等。
另外，量子点的光谱特性研究也有助于增强我们对纳米材料的认识和理解。
纳米尺度下材料的性质与体相材料差异巨大，光谱特性的研究可以为我们揭示这些差异背后的物理机制。
通过对量子点样品的光谱分析，研究者可以获得有关量子点能带结构、界面态、表面缺陷等信息，从而为纳米材料的合成和性能调控提供理论依据。
尽管半导体量子点的光谱特性研究已经取得了重要进展，但仍存在一些挑战和未解之谜。
上海技物所在半导体单纳米线光电特性研究方面取得进展
上海技物所在半导体单纳米线光电特性研究方面取得进展佚名
【期刊名称】《纳米科技》
【年(卷),期】2012(009)005
【摘要】中科院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室博士研究生夏辉等在合作导师的指导下，使用聚合物包裹的砷化镓（GaAs）纳米线，并利用基于导电原子力显微术的纳米光电子学研究平台，实现了对单根外延纳米线的测量。
该实验方案相对于常用的单纳米线器件测量方法，避免了光刻、离子束观测等器件制作工艺对半导体纳米线的损伤，因而更利于考察原生纳米线的本征性质。
【总页数】1页(P89-89)
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.上海技物所在半导体单纳米线光电特性研究方面取得进展 [J],
2.中科院半导体研究所在（Ga，Mn）As纳米线研究方面取得进展 [J],
3.半导体所在纳米线量子结构材料研究方面取得新进展 [J],
4.半导体所在(Ga，Mn)As纳米线研究方面取得了新进展 [J],
5.上海技物所在室温纳米线单光子探测器研究中取得进展 [J],
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InGaN量子点
1 综述1.1 InGaN材料特性铟镓氮（InGaN）材料是第三代半导体材料，它主要应用于光电器件以及高温、高频和大功率器件。
氮化铟（InN）的禁带宽度为0.7eV，氮化镓（GaN）的禁带宽度为3.4eV，这就意味着通过调节In x Ga1-x N三元合金的In组分，可使其禁带宽度从0.7eV到3.4eV连续可调，其对应的吸收光谱的波长从紫外部分(365nm)可以一直延伸到近红外部分(1770nm)，几乎完整地覆盖了整个太阳光谱，因此InGaN材料成为了研究的热点。
除了波长范围与太阳光谱匹配良好外，InGaN与常规的Si、Ge、GaAs等太阳电池材料相比，还有许多优点：第一，它是直接带隙材料，其吸收系数比Si、GaAs高1个到2个数量级，这就意味着InGaN太阳电池可以做的更薄、更轻，从而节约成本，特别是应用于航天的太阳电池，减轻重量非常重要；第二，InN和GaN 的电子迁移率都较高，有利于减小复合，而提高太阳电池的短路电流；第三，InGaN的抗辐射能力比Si、GaAs等太阳电池材料强，更适合应用于强辐射环境；第四，InGaN特别适合制作多结串联太阳电池，由于调节In组分可连续改变In x Ga1-x N的带隙宽度，因此在同一生长设备中，通过改变In 组分就可生长成多结In x Ga1-x N太阳电池结构，比目前用不同的半导体材料制备多结太阳电池更为方便。
此外，InGaN材料还有较高的热稳定性，无毒，抗化学腐蚀性强，不容易被化学液腐蚀，这些对光电器件的制作也是很有利的。
虽然InGaN材料有这么多的优点，但是目前制备高质量InGaN薄膜，尤其是高In组分的InGaN薄膜还很困难，因而限制了InGaN材料的应用，主要原因如下：[1]首先，材料的外延过程中，缺少与InGaN材料晶格匹配的衬底。
通常我们是用与InGaN 晶格常数最为接近的GaN薄膜作为衬底。
但是，随着In组分的变大，InGaN与GaN之间的晶格失配变大，而InN与GaN之间的晶格失配度高达11%。
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量子点具有宽范围的吸收光谱、窄的发射光 谱和较高的荧光量子产率 [1] , 已经被广泛地应用于 发光二极管 [2] 、 太阳能电池 [3,4] 和高分辨荧光成像 等 [5−7] 方面. 通常单量子点表现出较强的亮暗交 替的荧光闪烁行为 [8,9] , 这一特性为量子点的实际 应用带来了困扰. 例如基于量子点的单光子源用于 量子保密通信时, 量子点的荧光闪烁会降低传输的 码率 [10] ; 在用于生物体生命活动过程的跟踪测量 时, 量子点的荧光闪烁使得难以实时获得研究对象 的动力学演化过程 [6] . 近年来, 许多研究小组正在努力探寻各种有效 手段来调控量子点的荧光辐射特性, 主要采取的技 术手段是通过改变量子点的界面环境来实现量子 点与周围环境的电荷转移以达到对量子点荧光辐 射特性的调控. 例如在量子点外层覆盖更高带隙 的半导体层或聚合物来改善量子点的量子产率、 光
关键词: 单量子点, 半导体纳米材料, 荧光闪烁, 荧光寿命 PACS: 78.67.Hc, 73.40.–c, 78.56.Cd DOI: 10.7498/aps.64.247803
漂白等光学特性 [11,12] ; 将量子点吸附在不同材料
1 引
言
的界面以调控量子点的荧光辐射特性 [13,14] ; 对量 子点吸附的基片掺杂不同浓度的金属元素来改变 量子点的荧光闪烁行为和俘获态的恢复率等 [15,16] . 2015 年, 周小东等 [16] 研究表明, 镶嵌在 SiO2 玻片 中的 Au 纳米颗粒对吸附在玻片表面的 CdTe 量子 点的发光具有增强效应和猝灭效应. 通过在含有量 子点的溶液中注入 BME 缓冲液来作为量子点外层 空穴的电子供体, 从而有效地调控量子点的荧光闪 烁特性 [17] . 2011 年, Schafer 等 [18] 通过原子力显微 技术注射电子来调制量子点的荧光特性, 但其不利 于量子点的广泛应用. Chiba [19] 和 LeBlanc 等 [20] 利用外电场控制量子点与周围环境的电荷转移来 达到对量子点荧光辐射特性的调控, 但是该方法缺 乏长时间的稳定性. 2015 年, 李颖等 [21] 采用电化 学操控方式, 通过给量子点周围添加氧化还原物质 同时施加电场来控制量子点与周围基质之间的电 子转移途径, 从而达到控制量子点荧光闪烁的目
物 理 学报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 24 (2015) 247803
利用 N 型半导体纳米材料抑制单量子点的 荧光闪烁特性∗
王早 张国峰 李斌 陈瑞云 秦成兵 肖连团 †
(山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原
贾锁堂
030006)
( 2015 年 7 月 25 日收到; 2015 年 9 月 8 日收到修改稿 )
利用 N 型半导体纳米材料氧化铟锡 (ITO) 作为单 CdSe/ZnS 量子点的基质来抑制单量子点的荧光闪烁 特性. 实验采用激光扫描共聚焦显微成像系统测量了单量子点荧光的亮、 暗态持续时间的概率密度分布的指 数截止的幂律特性, 并与直接吸附在 SiO2 玻片上的单 CdSe/ZnS 量子点的荧光特性进行比较. 研究发现处于 ITO 中的单量子点比 SiO2 玻片上的单量子点荧光亮态持续时间提高两个数量级, 掺杂于 ITO 中的单量子点 的荧光寿命约减小为 SiO2 玻片上的单量子点的荧光寿命的 41%, 并且寿命分布宽度变小 50%.
利用 N 型半导体纳米材料抑制单量子点的荧光闪烁特性 王早 张国峰 李斌 陈瑞云 秦成兵 肖连团 贾锁堂 Suppression of the blinking of single QDs by using an N-type semiconductor nanomaterial Wang Zao Zhang Guo-Feng Li Bin Chen Rui-Yun Qin Cheng-Bing Xiao Lian-Tuan Jia Suo-Tang 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 64, 247803 (2015) DOI: 10.7498/aps.64.247803 在线阅读 View online: /10.7498/aps.64.247803 当期内容 View table of contents: /CN/Y2015/V64/I24
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