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锌基半导体量子点光学性能研究及其在LED中的应用

作　者: 黄青松
导　师: 李岚；张晓松；徐建萍
学　校: 天津理工大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 量子点荧光衰减光致发光电致发光
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

半导体量子点因其独特的物理、化学性能以及在生物医学和光电器件中所存在的巨大应用前景,目前己经发展成为物理、化学、材料等领域最活跃的研究内容之一。合成高质量的量子点以及深入研究它们的光学、电学等性质具有十分重要的意义,是其在光电子器件中应用的重要前提。本论文以ZnS及Mn离子掺杂的ZnS量子点为主要研究对象,系统地研究了前驱物、包覆以及温度对ZnS量子点及掺杂离子光学性能的影响;同时又将锌的氧化物和硫化物作为发光层、修饰层分别应用到了电致发光器件中,并研究了它的光电性能。具体研究内容如下:1、在本组前期工作的基础之上利用水相共沉淀法合成了不同前驱物[S^2-]/[Zn²⁺]比的ZnS及Mn离子掺杂的ZnS量子点,利用XRD,HRTEM、紫外吸收光谱测以及荧光光谱、荧光衰减光谱对其进行了表征和分析。表征结果表明,通过控制前驱物[S^2-]/[Zn²⁺]比,有效地调控了所制备样品的粒径、色坐标和色温;研究发现,随着[S^2-]/[Zn²⁺]比的增加,ZnS基质和Mn离子寿命均为多指数的衰减并呈现有规律的变化,分析认为主要是由ZnS基质以及Mn离子周围的缺陷随[S^2-]/[Zn²⁺]比变化引起的。同时,研究了测试温度对Mn离子掺杂ZnS量子点的荧光及荧光衰减的影响。结果发现,随着温度的升高,Mn离子相关的发射强度呈现出温度猝灭效应,并且其荧光衰减变快。2、研究了TGA包覆对Mn离子掺杂ZnS量子点的荧光及荧光衰减的影响。研究发现,Mn离子的发射强度随着TGA包覆比例的增加而降低,这主要是由于TGA中的S基与Zn离子（或S离子）之间形成了S-Zn键（或S-Mn键）导致了量子点激发态电子向TGA转移造成的。同时我们利用荧光衰减光谱证实了这一结论。3、初步探索了不同溶剂对ZnS:Mn量子点分散性、成膜性的影响,并在此基础之上将ZnS:Mn量子点分别作为发光层、修饰层制备了单层和多层的电致发光器件,并探讨其光电性能。结果发现,当ZnS:Mn作为发光层时,Mn离子相关的发射在597nm处,与PL谱相比红移了5nm;当其作为修饰层时,与单层有机器件相比I-V曲线和发射光谱均有所改善。分析结果表明,量子点层的加入,不仅修饰了ITO凸凹不平的表面、平衡了载流子迁移率,同时也为发光层传递了能量,从而在一定程度上提高了有机电致发光器件的电学性能和发光强度4、利用LSS法合成的近似球形ZnS量子点与380nmInGaN芯片结合,制备了白光发射的二极管,色坐标为（0.29 0.30）,可以用于白色照明领域。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 量子点概述  10-11
  1.2 量子点的基本性质  11-12
  1.3 半导体纳米材料的发光机理  12-15
    1.3.1 光致发光原理  12-13
    1.3.2 电致发光原理  13-15
  1.4 荧光材料与发光器件的表征及测试手段  15-18
    1.4.1 X 射线衍射分析  15
    1.4.2 透射电子显微镜分析  15
    1.4.3 荧光光谱分析  15-16
    1.4.4 荧光寿命分析  16-18
第二章宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的研究现状及存在的问题  18-24
  2.1 现有的制备方法及存在问题  18-19
  2.2 半导体量子点发光性能的研究及其在光电器件中的应用  19-23
    2.2.1 半导体量子点的研究  19-20
    2.2.2 量子点在光电器件中的应用及研究进展  20-23
  2.3 本论文研究的内容  23-24
第三章前驱物 S/Zn 比和表面修饰对 ZnS 及其掺杂离子发光寿命的影响  24-42
  3.1 引言  24
  3.2 前驱物 S/Zn 比对 ZnS 基质寿命的影响  24-29
    3.2.1 实验过程及表征手段  24-25
    3.2.2 性能表征  25-27
    3.2.3 前驱物S/Zn 比对ZnS 缺陷发光寿命的影响  27-29
  3.3 前驱物 S/Zn 比对 ZnS：Mn 材料中 MN离子寿命的影响  29-35
    3.3.1 前驱物S/Zn 比对Mn 离子相关发光光谱的影响  29-32
    3.3.2 前驱物 S/Zn 比对 Mn 离子寿命的影响  32-35
  3.4 表面修饰对ZnS 基质及其掺杂离子寿命的影响  35-41
    3.4.1 TGA 的特性与应用  35-36
    3.4.2 试验过程  36-37
    3.4.3 水溶性量子点表面功能化的研究  37-38
    3.4.4 表面修饰对杂质离子寿命的影响  38-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章锰离子掺杂 ZnS 量子点变温性能研究  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 实验测试部分  42-43
    4.2.1 高温光谱的测试  42-43
    4.2.2 低温光谱的测试  43
    4.2.3 变温寿命测试系统  43
  4.3 温度对ZnS：Mn 量子点光致发光的影响  43-49
    4.3.1 低温光谱研究  44-47
    4.3.2 高温光谱研究  47-49
  4.4 ZnS：Mn 纳米晶中 Mn 离子相关发射荧光衰减的研究  49-51
  4.5 本章小结  51-52
第五章量子点在 OLED 器件中的应用  52-67
  5.1 引言  52-53
  5.2 ZnS:Mn 量子点作为发光层在电致发光器件中的应用  53-55
    5.2.1 ZnS:Mn 量子点的表面处理与再分散  53-54
    5.2.2 ZnS:Mn 单层电致发光器件的制备  54
    5.2.3 电致发光性能的初步研究  54-55
  5.3 ZnS:Mn 量子点材料在电致发光器件中的应用  55-60
    5.3.1 实验操作及步骤  55-57
    5.3.2 量子点材料对OLED 器件电致发光性能的改善  57-59
    5.3.3 量子点材料对OLED 器件电性能的影响  59-60
  5.4 ZnO 纳米材料在 OLED 中的应用  60-66
    5.4.1 ZnO 纳米晶的制备  60-61
    5.4.2 ZnO 纳米晶的表征  61-64
    5.4.3 ZnO 纳米晶在OLED 电致发光器件中的应用  64-66
  5.5 本章小节  66-67
第六章基于 LSS 法 ZnS 纳米晶的合成及白色发光二极管的制备  67-75
  6.1 引言  67
  6.2 实验过程  67-68
    6.2.1 ZnS 量子点的合成  67-68
    6.2.2 反应机理  68
    6.2.3 测试手段  68
  6.3 实验结果与讨论  68-72
    6.3.1 样品的形貌和物相分析  68-69
    6.3.2 样品的光谱分析  69-72
  6.4 白光发射器件制备及电致发光性能的研究  72-74
    6.4.1 器件的制备  72-73
    6.4.2 电致发光性能的研究  73-74
  6.5 本章小结  74-75
第七章总结与展望  75-78
  7.1 全文总结  75-76
  7.2 下一步应开展的工作和前景展望  76-78
    7.2.1 下一步应开展的工作  76
    7.2.2 量子点在照明领域中的前景展望  76-78
参考文献  78-84
攻读硕士学位期间发表的论文  84-85
攻读硕士学位期间参与的科研项目  85-86
致谢  86-87

锌基半导体量子点光学性能研究及其在LED中的应用

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