Диссертация (1152200), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Подобно переходу между уровнями энергии в атоме, при переходеносителей заряда между энергетическими уровнями в квантовой точке можетизлучаться или поглощаться фотон.Длиной волны поглощения или люминесценции, легко управлять, меняяразмеры квантовых точек. Квантовые точки иногда называют «искусственнымиатомами».
При определении полупроводниковых материалов это можно назватьпотенциалом контроля эффективной ширины запрещенной зоны.Одним из особенных свойств, отличающих коллоидные квантовые точки оттрадиционных полупроводниковых материалов - возможность существования ввиде растворов, или точнее в виде золей.Такие свойства делают возможным32различные манипулирования этими объектами и делает их заманчивыми длятехнологических процессов.Колоссальную возможность для практического применения квантовыхточек может давать зависимость энергетического спектра от размера.
Могутнайти применения квантовые точки в оптоэлектрических системах, таких каксветоизлучающие диоды и плоские светоизлучающие панели, лазеры, ячейкисолнечных батарей и фотоэлектрических преобразователей, как биологическиемаркеры,т.е.везде,гдетребуютсяоптическиесвойства,изменяемые,перестраиваемые по длине волны.Представляет широкие возможности коллоидный синтез квантовых точеккак в получении квантовых точек на основе различных полупроводниковыхматериалов, так и квантовых точек с различной геометрией (формой).Существенным является возможность синтеза квантовых точек, составленных изразных полупроводников.
Характеризуются коллоидные квантовые точки посвоим формам, составу, а также размеру.Как люминесцентный материал квантовые точки находятся в практическойцелесообразности. Выделяютсяважные требования, которые могутбытьпредъявлены к полупроводниковым материалам, на базе которых синтезируютсяквантовые точки. Это прямозонный характер зонного спектра - обеспечиваетэффективную люминесценцию, во вторых малая эффективная масса носителейзаряда - проявление квантово-размерных эффектов в достаточно широкомдиапазоне размеров (конечно по меркам нанокристаллов). Одновременновыделяются отдельные группы полупроводниковых материалов:- широкозонные полупроводники (оксиды ZnO, TiO2) - ультрафиолетовыйдиапазон;- среднезонные полупроводники (А2В6, например халькогениды кадмия,А3В5) -видимый диапазон;- узкозонные полупроводники (А2В4, например халькогениды свинца)ближний ИК-дипазон.33Для практического примененияважные оптические диапазоны: видимый400-750 нм, ближний ИК 800-900 нм - окно прозрачности, 1300-1550 нм телекоммуникационный диапазон.Положительное влияние на свойства квантовых точек, наряду с составоми их размером, может проявлять их форма.Значительнуюдолюквантовых точекпредставляют сферические,которые имеют простоту изготовления, в данное время имеют максимальноепрактическое использование.Нанокристаллы, продолговатые по одному направлению, называютэлипсоидальные.
Пропорциональность, как элиптичность, условно 2-10. Спрактической точки зрения данный класс квантовых точек имеет применение какисточники поляризованного излучения. Указанный вид нанокристаллов иногдаименуют нитями, если определен большой коэффициент элиптичности >50.Одной из форм могут быть нанокристаллы со сложной геометрией.Возможно получение достаточных разновидностей форм – в виде кубов,звездочек и др., а также разветвленных структур. На практике такие формы могутбыть использованы как молекулярные переключатели, представляя научнуюзначимость.Сиспользованиеммногокомпонентныеспособовквантовыеточкиколлоиднойизхимииполупроводниковсоздаютсясразнымихарактеристиками, в первую очередь с различной шириной запрещенной зоны.Такая классификация во многом аналогична традиционной аббревиатуре, котораяиспользуется в полупроводниках.Количество введенной примеси мало (1-10 атомов на квантовую точку присреднем количестве атомов в квантовой точке 300-1000).
Квантовая точка поэлектронной структуре не будет изменена, взаимодействие между атомомпримеси и возбужденным состоянием квантовой точки носит дипольный характери сводится к передаче возбуждения. Часто используемые легирующие примеси марганец, медь (люминесценция в видимом диапазоне).34При наблюдении взаимной растворимости материалов в объемномсостоянии для квантовых точек возможно создание твердых растворовполупроводников.Образованные твердые растворы могут привести к трансформацииэнергетических спектров, а результативныенаилучшим значением.
Одним изпоказателимогут являтьсяспособов регулирования характеристикквантовых точек может быть способ изменения нужной ширины запрещеннойзоны при установленном размере.При рассмотрении квантовых точек по образу ядро-оболочка можносказать, что это квантовые точки на базе гетеропереходов.Этот момент может предполагать объединение двух долей из разныхполупроводниковых материалов. Выделяется два вида квантовых точек (ядрооболочка) на основе гетеропереходов.Первый вид, который могут использовать для усиления результативностилюминесценции,которыйвыражается в том, что при широкозонном полупроводнике,и есть оболочка, а узкозонный полупроводник является ядром, топервый полупроводник осуществляет задачу как пассиватор поверхностного слояи создает электронную внутриядерную пару.Второй вид, при котором зоны краев смещены друг против друга, а шириназапрещенной зоны полупроводников соизмеримы.
Во всяких долях подобногонанокристалла, благоприятно присутствовать активнымносителям заряда,например, электрону удобно присутствовать в зоне оболочки, дырке – в зонеядра.Со временем, может возникнуть интерес для разработки систем созначительным периодом существования фотовозбужденной электрон-дырочнойпары на основе квантовых точек ядро-оболочка по второму виду.явлениерассматриваетсяпроцессуменьшенияКак другоеэффективнойширинызапрещенной зоны (ширина запрещенной зоны определяется разностью энергийкрая зоны проводимости материала оболочки и края валентной зоны материалаядра) и смещение максимума люминесценции в инфракрасную область.35Рассматривая методы идентификации квантовых точек, необходимопривести благоприятные способы установления важных параметров квантовыхточек - средних размеров, дисперсионных размеров, насыщенности для наиболееизученных сферических квантовых точек.Вусловияхблагоприятногонанокристаллов, требуетсяиверногоизмерениянасыщенностиизмерение их коэффициента экстинкции, а дляизучения способов получения и увеличения коллоидных нанокристаллов весьмаважно измерение насыщенности частиц в растворах.В случае наличия коэффициента экстинкции нанокристаллов, была бывозможностьдляполученияконцентрациинанокристалловврезультатеэлементарного снятия спектра поглощения образца.Сложноустановитьколлоидных нанокристалловгравиметрическимметодомот стандартных (известных)концентрациюорганических инеорганических соединений.Численность лигандов на поверхности нанокристалла нелегко определяетсяи может существенно трансформироватьсяпод действием многих внешнихфакторов.Измерения, созданныеприменениемтолькона гравиметрических способах снанокристаллов, покрытых лигандами, показывают корректныерезультаты тогда, когда взаимопритяжение между нанокристаллами и лигандамиочень велика в целях выдерживания нужных способов соответствующей очистки.Таким образом,вышеуказанный метод, созданныйна исследованииспектра поглощения, может быть более вероятным и благоприятным способомдля установления концентрации частиц.В целяхустановлениянасыщенности нанокристаллов применяетсязависимость коэффициента поглощения на длине волны максимума экситонногопоглощения от концентрации нанокристалловКоэффициент поглощения вычисляется с использованием закона ЛамбертаБера A= εCL, где A - коэффициент поглощения первого экситонного пика для36данного образца; L-длина оптического пути (см), ε - коэффициент экстинкции, С концентрация наночастиц.Данные спектроскопии пропускания позволяют рассчитать концентрациюнаночастиц и их размер.
Пример расчета.Образец нанокристаллов CdTe объемом 1.25 мл. Отобрана проба 0,01 мл.Разбавлена гексаном до объема 0,6 мл (объем, достаточный для заполнениякюветы).Спектр поглощения имеет следующие характеристки: длина волны,соответствующая первому экситонному пику, составляет 561 нм, оптическаяплотность на данной длине волны A=0,73.L=0,2 см. - длина оптического пути света.Калибровочнаязависимостьпозволяетопределитьразмер(диаметр)квантовой точки CdTe:D=3,3 нм.Коэффициент экстинкции:ε=10043*(D)2,12=10043*(3,3)2,12 10043*12,568 126220,424.Используя закон Ламберта-Бера, определили концентрацию точек CdTe.A=εCL,C=A/(εL)=(0,73/126220,424/0,2)моль/л=0,0000289моль/л=2,89*10-5моль/л;Количество вещества квантовых точек в одной пробеnточек(CdTe) =2,89*10-5*0, 6*10-3моль=1,734*10-8 моль.
Общее количествоквантовых точек CdTen=125*1,734*10-8 моль=216, 75*10-8 моль.Количество квантовых точек CdTe равноN=216,75*10-8*6*1023=13005*1015=1,3*1018 штук.Потенциальная сфера применения квантовых точек огромна и продолжаетрасширяться. Если говорить о практическом их применении, то можно отметить,что существует ряд принципиальных трудностей,затрудняют необходимые открытия.которые чрезвычайно37Прежде всего, это трудности технологического процесса.
Выбор объемаматериалов и показателироста квантовых точек в различных режимах покаостается эмпирическим.Сложно наладить производство упорядоченных массивов квантовых точекна подложках. В стадии разработки находятся различные нелинейные элементыквантовых точек.В последнее время некоторыекомпании предложили продукцию сиспользованием данных наночастиц, когда ранее промышленное использованиеквантовых точек не рассматривалось.Таким образом, при различных случайных технологических исследованияхмогут быть использованыоптические свойства нанокристаллов - квантовыхточек [80].Сегментация рынка по применениям коллоидных квантовых точек,полупроводниковых нанокристаллов имеют огромный потенциал применения всамых разных направлениях: электроника, легкая и пищевая промышленность,приборостроение,информатика,вычислительнаятехникаиуправление,автоматизация и управление технологическими процессами и производствами.1.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
