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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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[S2-]/[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[S2-]/[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[S2-]/[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[S2-]/[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。
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