ⅱ-ⅵ族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究

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1、II-VI族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究刘健2016年1月中图分类号：O074UDC分类号：540II-VI族半导体纳米晶的掺杂调控合成及光电性能研究作者姓名刘健学院名称材料学院指导教师张加涛教授答辩委员会主席曹传宝教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ControlledSynthesisandOptoelectronicPropertiesResearchofⅡ-ⅥSemiconductorDopedNanocrystalsCandidateName：JianLiuSchoolorDepartment:MaterialsS

2、cienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.JiataoZhangChair,ThesisCommittee：Prof.ChuanbaoCaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialsScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包

3、含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要本文以半导体纳米晶的掺杂为主要研究对象，采用膦配体（如三丁基膦等）诱发的阳离子交换法合成掺杂有异价离子（如Cu+、Ag+），以及异价离子与同价离子（如Mn2+、Co2+、Ni2+、Fe2+等）的II-VI族半导体纳米晶，并对其荧光、电子掺杂态调控及磁学性能进行了研究。主要取得的成果及创新点如下：1.利用阳离子交换法制备出Cu+掺杂的CdS纳米晶，通过X

4、射线近边吸收谱（XANES）、X射线光电子能谱（XPS）及电子顺磁共振波谱（EPR）证实了可控浓度的取代性的异价Cu掺杂。紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命光谱等证实了以Cu+掺杂为主导的掺杂发光，斯托克斯位移可达0.88eV，有效解决掺杂过程中的自淬灭效应。掺杂发光为红色荧光，成双指数衰减，分别为0.2μs和1.3μs，绝对量子产率可达28.9%。紫外光电子能谱（UPS）确认了Cu+掺杂的CdS为p型半导体。高度单分散的CdS纳米晶大规模自组装，将会加速其在光电器件上的应用。2.利用非晶的高度单分散的Ag2X（X=S或Se）纳米颗粒作为离子交换的起始材料，通过调控离子交换反应中反应温度

5、及Cd2+加入量，得到可控浓度Ag+掺杂的CdX纳米晶。紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命光谱等证实了以Ag+掺杂为主导的掺杂发光，斯托克斯位移可达0.71eV，掺杂发光为红色荧光，成双指数衰减，分别为0.2μs和1.3μs，绝对量子产率可达42%。以Ag+掺杂的CdS纳米晶为研究对象，通过飞秒吸收光谱探究载流子在光激发过程中的动力学信息，从而得出产生较强的掺杂发光的机理。3.以非晶相的Ag2+2S纳米结构作为离子交换的初始材料，通过调控Cd及磁性离子（Co2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+）的加入量与反应温度，合成可控浓度的Ag+及磁性离子共掺杂的CdS纳米晶。以Ag&Mn离子共掺杂的

6、CdS纳米晶为典型研究对象，通过超导电子干涉仪及电子自旋共振谱探究其磁性性能，ESR曲线显示清晰的6线劈裂的精细光谱，叠加在较宽的顺磁峰上，证实了Mn掺杂是以+2价离子态形式位于靠近CdS纳米晶表面的位置。此外，通过测量10K和300K的磁滞回线可以发现，Mn掺杂CdS的矫顽力分别为100Oe和50Oe，饱和磁化强度为0.04和0.01emu/g，具有室温铁磁性。关键词：掺杂纳米晶；阳离子交换；异价掺杂；掺杂发光；磁学性能I北京理工大学硕士学位论文AbstractInordertoexploittransition-metal(TM)ionsdopedII-VIsemiconductorna

7、nocrystals,tracetributylphosphine(TBP)wasemployedtoinitiatecationexchangeandgeneratesinglecrystallineII-VINCswithtraceTMionsresidueinside.Theirunusualoptical,electronic,magneticproperties,suchasthedopedlumi