Mn掺杂的InPZnS量子点的制备及发光研究文献综述

 2022-09-21 10:09

  1. 文献综述(或调研报告):

胶体半导体 QDs或量子点(QDs)是一类新的材料,其在与光发射和吸收相关的领域中提供各种有前景的应用,例如体内成像,发光器件,光电检测或太阳能转换。QDs的单分散集合具有窄的、尺寸可调的发射光谱以及宽的吸收和激发光谱,适用于基于溶液的处理。这些特性使得QDs在照明和显示应用中特别吸引人。在文献中,大多数研究在可见波长下有活性的 QDs涉及基于镉硫属元素化物的材料,其证明相对容易合成具有高质量光学性质。然而,镉(Cd)是一种有毒的重金属,在一些国家受到限制。因此,应避免在需要大量材料的技术中使用它。同样,由于Cd的高毒性,体内成像应用可能使身体受到损害。 因此,为了将 QDs从学术领域转移到产品应用,这些新材料应符合许多重要的边界条件。除了降低毒性之外,这还涉及工业规模的成本有效生产和竞争性光学性质。

为了使QDs的使用可行,关注点正从充分表征的Cd硫属元素化物QDs转变为无Cd的替代物,例如CuInS2或InP,其中特别是InP QDs结合接近CdSe量子点的发射特性并具有较低的毒性。为了合成InP QDs,文献中已经提出了几种磷前驱体,包括三(三甲基甲硅烷基)膦[(TMS)3P],三芳基甲硅烷基膦,膦[PH3],三辛基膦(TOP),P4或PCl3

基于尺寸分散,这是大多数基于QDs的应用最小化的关键参数,(TMS)3P和PH3给出了最佳结果。(TMS)3P是最广泛使用的磷前驱体,具有优化的方案,产生InP / ZnS QDs,其特征在于在半高宽(FWHM)下具有40-60nm全宽的发射峰。然而,(TMS)3P是一种昂贵且易燃的物质,其与空气接触产生的PH3是一种剧毒气体。这些重要的缺点解释了为什么InP QDs的研究要比CdSe QDs少得多,并且它们阻碍了工业化大规模的InP QDs的生产。类似的论据适用于基于PH3作为磷前驱体的合成。即使它们能够合成具有与(TMS)3P相当的特性的InP QDs,PH3也是难以处理的高毒性气体,其不是大规模合成InP QDs的可行前驱体。另一方面,使用更便宜和更安全的前驱体的方案通常会使合成的QDs尺寸不均一,不利于大多数潜在应用的。

最近,Song等人发表了一种创新且潜在有效的制备InP量子点的方法。作者使用三(二甲氨基)膦[(DMA)3P]作为磷前驱体。该化合物在环境条件下使用是安全的,其成本仅为(TMS)3P的一小部分。所提出的方案能够形成InP / ZnS QDs,FWHM在65nm,接近于用(TMS)3P(40-60nm)获得的最佳值。在这里,我们采用这种方法作为InP合成方案的起点,该方案将经济可行性与最先进的光学特性相结合。

长期以来,由于稳定性较高和双重发射的特性,掺杂被认为是优化量子点领域光致发光(PL)特性的有效方法。到目前为止,已发布的关于传统掺杂量子点AgInS,ZnInS,ZnGaS和II-VI族量子点如ZnS、ZnSe的报道揭示了这些些量子点的发光效率需要进一步提高。

近年来,关于Cu掺杂量子点的报道已经提出Cu掺杂剂的发射被认为源自导带中的电子和Cu T2状态下的空穴的辐射复合,这使得Cu掺杂量子点可能具有在广谱范围内变色的特性。在此之前我们已经研究了ZnInS / ZnS量子点中Cu和Mn发光中心之间的相互作用机理。至于InP量子点,我们以前的工作主要集中在Ag对PL特性影响的研究。 类似地,掺杂发射那可以随着所选择的主体和掺杂剂的种类变化而变化的新光学性质充满研究价值。

Cu的掺杂已有研究,我们在已有文献的基础上提出Mn掺杂In/ZnS量子点的方案。在这项方案中,通过简便的合成方法在一锅中合成了具有高效率和高稳定性的Mn:InP / ZnS 量子点。与其他有机方法相比,我们的一方法避免了核心生长阶段中前驱体的热注入。然后,基于单掺杂量子点的既有研究和我们以前的工作,通过改变Mn的掺杂剂浓度来研究共掺杂InP / ZnS量子点的发光特性。所获得的量子点为将来在LED的制备中的应用提供了巨大的潜力。

参考文献:

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