核壳量子点异质结类型调控及载流子动力学过程研究

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量子点以其新颖的光电特性成为近年来新型纳米材料研究的热点。在纳米晶核外包裹壳层的方法可有效钝化量子点表面缺陷,进而提高其光稳定性。通过调节核区和壳层材料的尺寸可使量子点的能级发生偏移,呈现不同能级结构,光学性质也随之产生较大改变。本文中应用有效质量近似理论,通过调节量子点尺寸和三元合金量子点组分的方法计算了type-Ⅰ型量子点和type-Ⅱ型量子点的电子结构,研究了载流子输运机理,重点阐述了量子点内部应变的重要作用。  通过系统的理论模拟分析,主要研究结果如下:  1.系统研究了核壳结构之间晶格应变对量子点中电子和空穴基态能级、电子结构和载流子空间分布的影响特点。通过模拟计算晶格差异不同的量子点的电子结构,发现晶格差异大的量子点的基态跃迁能可调控范围比差异小的量子点大很多。通过调节量子点的核壳尺寸,可以调控量子点的电子结构,载流子分布情况和量子点的带隙能,可以在较大范围内调控量子点发射光谱。  2.对于核壳晶格常数差异小的量子点,量子限制效应是影响其光学和电学特性的主要因素。通过对AlAs/ZnSe量子点的电子结构进行研究,发现在量子限制效应影响下,量子点的带隙能明显小于AlAs与ZnSe材料的禁带带隙,量子点吸收和发射光谱红移。  3.组分是调控量子点光学特性的另外一个重要因素。通过研究三元复合结构量子点的光电性质,揭示了三元核壳量子点光学特性的调控规律。研究发现通过改变量子点组分可以较大程度实现对其光学性能的调控,且调控效果较尺寸调节更为明显,这主要是因为三元量子点组分的变化引起量子点载流子有效质量的改变和能级弯曲,加上应变引起的能级偏移,载流子在势能和动能的共同作用下空间分布发生改变。最终出现type-Ⅰ型与type-Ⅱ型能级结构的转变。
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