《人造原子量子点》ppt课件

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1、06-3人造原子-量子点（ArtificialAtom—QuantumDot）量子点QuantumDots(QDs)半导体纳米晶体（LuminescenceSemiconductornanocrystals）什么是量子点？量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略的说，量子点的三个维度的尺寸都在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能级结构，因此量子点又被称为“人造原子”。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点，并预期这种纳

2、米材料在21世纪的纳米电子学上有极大的应用潜力。quantumconfinementeffect量子点可用来作激光器的工作物质nanoelectronics什么是量子点？若要严格定义量子点，则必须由量子力学出发。电子的物质波特性取决于其费米波长。λF= 2π /kF在一般的材料中，电子的波长远小于材料的尺寸，因此量子局限效应不显著。如果将某一个维度的尺寸缩到小于一个波长，此时电子只能在另外两个维度所构成的二维空间中自由运动，这样的系统我们称之为量子阱；如果我们再将另一个维度的尺寸缩到小于一个波长，则电子只能在一维方向上运动，我们称之为量子线

3、；当三个维度的尺寸都缩到一个波长以下时，就成为量子点了。什么是量子点？由此可见，并非小到100nm以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸是由电子的德布罗意波长或平均自由程。一般而言，电子费米波长在半导体内较在金属内长得多，例如在半导体材料砷化镓GaAs中，费米波长约40nm，在铝金属中却只有0.36nm。量子阱、量子线及量子点能级比较关系示意图70年代，量子点由于其独特的光学特性,认为其应用主要集中在电子与光学方面。80年代，生物学家已经对量子点产生了浓厚的兴趣，但由于它的荧光量子产率低，工作集中在研究量子点的基本特性方面。1997年以来，量

4、子点制备技术的不断提高,量子点已越来越可能应用于生物学研究。量子点可作为生物探针是从1998年AlivisatosAP.和ChanWC两个研究小组开始，此后量子点的功能进一步被发现、推广，使之成为生物学领域研究的热点。量子点研究的历史量子点的制备方法目前，量子点的制备方法主要有以下四种.1.化学溶胶法(chemicalcolloidalmethod)：以化学溶胶方式合成，可制作复层量子点(multilayered)，过程简单，且可大量生产。量子点的制备方法2.自组成法(self-assemblymethod)：采用分子束磊晶(molecul

5、ar-beamepitaxy)或化学气相沉积(chemicalvapordeposition)过程，并利用晶格不匹配(latticemismatch)的原理，使量子点在特定基材表面自聚生长，可大量生产排列规则的量子点。在GaAs基材上以自组成法生长InAs量子点的STM影像在GaAs基材上以自组成法生长InAs量子点的STM影像量子点的制备方法3.微影蚀刻法(lithographyandetching)：以光束或电子束直接在基材上蚀刻制作出所要之图案，由于相当费时因而无法大量生产。以GaAs基材蚀刻窄圆柱式量子点之SEM影像，水平线条约0.

6、5微米以GaAs基材蚀刻窄圆柱式量子点之SEM影像量子点的制备方法4.分闸法(split-gateapproach)：以外加电压的方式在二维量子井平面上产生二维局限，可控制闸极改变量子点的形状与大小，适合用于学术研究，无法大量生产。以分闸法产生GaAs/AlGaAs量子点之SEM影像分闸法产生量子点之SEM图像量子点的制备方法小结合成方法Top-downBottom-up晶体表面刻蚀组成器件化学制备生物体系标记波长范围宽，发射峰尖锐，发射波长可以通过纳米粒子粒径调节，易于自组织量子点的性质和用途量子点可视为电子物质波的共振腔（cavity）

7、，电子在量子点内会有类似电磁波在一般共振腔中的共振现象。当局限位能壁（potential-wall）较薄时，量子点中的电子可因为穿隧效应（tunnelingeffect）而逃离，可称之为开放式量子点，类似一个开放式共振腔（如右图），此时电子能级不再是稳态，而是一种准稳态，电子停留在准稳态约一个生命周期后，就会逃离量子点。量子点的性质和用途量子点的用途相当广泛，例如：可用于蓝光辐射、光感测元件、单电子晶体(singleelectrontransistor,SET)、记忆储存、触媒以及量子计算(quantumcomputing)等，在医疗上更利

8、用各种光波长不同的量子点制成荧光标签，成为生物检测用的“纳米条码”。量子点是目前理论上与实验上的热门研究题目，世界各国无不积极投入研究，主要领先的有美国、日本、欧盟及俄罗斯等，台