半导体量子点材料中的量子限域效应地研究.pdfVIP

半导体量子点材料中的量子限域效应的研究 吴雪梅陈静诸葛兰剑姚伟国 (苏州大学物理系，苏卅I-215006) (中国科学院红外物理国家重点实验室，上海，2150083) 摘要采用共溅射技术，在不同的基片温度下剞备 靶，基片为CPl0×lmm的光学石英玻璃。本文中所用 的薄膜样品厚度为1pm左右，其中GaAs颗粒的体 出了不同晶粒尺寸的OaAs纳米颗粒在SiOz介质中 的镶嵌薄膜。对样品进行了光吸收测试，得到了在低 积分数约为20％。GaAs颗粒的大小由溅射时基片的 能端具有宽化峰的光吸收谱线。根据量子限域效应对 温度决定。通过透射电镜直接观察和采用XRD的结 宽化峰的形成、峰的数量以及不同样品中互相对应的 峰之间的能量位移分别进行了讨论，同时亦注意到了 范围内，GaAs的平均颗粒直径约为3～10nm。光吸 界面陷阱态的存在。 收实验是在uV一360型分光光度计上进行的。室温下 关键词量子限域GaAs量子点光吸收 对具有不同平均直径的GaAs颗粒镶嵌薄膜在 300nm～900nm的渡长范围内进行光吸收测量。 1引言 3实验结果和讨论 由于小尺寸效应，界面效应以及量子限域效应所 导致的种种不同于相应块体材料的特异性能，近年来 图1A和B是含有不同平均直径GaAs颗粒的 纳米颗粒材料受到了广泛的关注。半导体纳米晶粒镶 两个样品的测量结果。吸收谱由一准连续的吸收带和 嵌于绝缘介质中而形成的量子点材料，由于处在介质 吸收带低能侧的分立吸收峰组成。量子限域效应的理 中的半导体颗粒中的电子和其它元激发均受到基质 论和Ⅱ一Ⅵ族化合物半导体颗粒的实验结果均表 势垒的三维限域而导致了三维量子限域效应。当半导 明“]：纳米颗粒半导体的电子和空穴都具有分立的能 体中的载流子(电子和空穴)受到三维限域后，原来准 级结构(图2)，因而光吸收谱对应着不同电子和空穴 连续的能带将被分裂成分立的能级，并且伴随着能隙 能级问的光吸收跃迁。由于其相邻能级的能量间距 的展宽[1叫]。受激发后，价带能级上的空穴和导带能 E州一E。随着i1的增大而相应减小，因而第一激发态 级上的电子在实空间形成限域的电子一空穴对，即限 与第二激发态间能级间距E：一E，最大，然后依次减 域激子。这一切将使得被镶嵌在介质中的半导体纳米 颗粒呈现出完全不同于相应体材料的线性和非线性 直径具有一定的尺寸分布。由限域动能同颗粒直径间 光学性质。如吸收边可调的光吸收和光发射，增强的 的关系可知，对应某一具体能级，颗粒直径不同则能 三价光学非线性响应等。从而使这类材料在光电子领 级能量不同口]，因此颗粒的尺寸分布将导致能级的非 域显示出广阔的应用前景。由于制各上的困难，已开 本征展宽，这反映在吸收谱图上是一系列展宽的峰。 展的研究工作主要集中在单质半导体和Ⅱ一VI族半导