跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.211.26.178) 您好!臺灣時間:2024/06/16 01:20
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:廖昱安
研究生(外文):yu-an Liao
論文名稱:硒化鎘奈米晶體的製作與光學特性
論文名稱(外文):Synthesis and Optical Properties of CdSe Nanocrystals
指導教授:石豫臺石豫臺引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:硒化鎘奈米晶體生命期時間解析光激螢光
外文關鍵詞:CdSeNanocrystalsLifetimeTRPL
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:514
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文的主要工作為使用化學合成法製備硒化鎘奈米晶體,藉由改變反應時間和合成溫度調變樣品的成核。並使用X光繞射(XRD)、穿透式電子顯微鏡(TEM)判斷晶體的結構及粒徑。最後利用光激螢光(PL)、吸收、光激螢光激發(PLE)及時間解析光激螢光(TRPL)等光學量測技術,研究樣品的光學特性。XRD圖譜顯示樣品為硒化鎘的纖鋅礦結構,其估算出粒徑約為3~5nm。和TEM的觀察情況十分接近。PL光譜顯示了不同粒徑之樣品其螢光波長,有隨著粒徑的縮小而有藍位移的趨勢,這個效應即所謂的量子侷限效應。在吸收光譜實驗中,利用吸收峰和螢光之間的能量差,成功估算出電子和電洞間庫侖形式之交互作用。並藉由比較吸收光譜及光激螢光激發的結果,証實了樣品具有激發態,且明白地觀察到載子的躍遷情形。在時間解析光激螢光光譜實驗中,探討晶體內載子之行為,並利用二種不同的擬合方法去解釋載子的生命期(lifetime)。發現到載子的生命期有隨著晶體縮小而有變短的趨勢,而載子各種躍遷的速率分佈,則隨著粒子的縮小而有變寛廣的現象。最後進行變溫光激螢光實驗,探討硒化鎘奈米晶體的能隙、螢光強度、螢光譜線寛度對溫度的變化關係。利用不同的理論模型去擬合實驗結果,整理出粒徑對這些光譜特性的影響。
Highly monodispersive CdSe nanocrystals (NCs) were synthesized in HDA-TOPO-TOP mixture. The crystal structure and optical properties of the samples were characterized by taking X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence (PL) measurements. From the XRD data, wurtzite structure of the CdSe NCs was confirmed. The PL peaks showed a blue shift as the size of NCs decreased. The carrier dynamics of the CdSe NCs was studied by taking time-resolved photoluminescence (TRPL) measurements. Carrier lifetime was determined from the TRPL spectra. The temperature-dependence of the energy gap Eg(T)、integrated intensity and FWHM of CdSe NCs was studied by taking temperature-dependent PL measurements.
第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 螢光量子點……………………………………………………2
1.2 螢光量子點的應用優勢及展望………………………………3
1.3 硒化鎘量子點…………………………………………………6
1.3.1 硒化鎘量子點特性……………………………………… 6
1.3.2 硒化鎘量子點之合成…………………………………… 6
1.3.3 量子點之表面修飾……………………………………… 8

第二章 基本原理………………………………………………………10
2.1半導體量子點的量子態和載子躍遷過程…………………… 10
2.1.1半導體量子點的量子態及波函數……………………… 10
2.1.2量子點中的電子電洞交互作用和激子態……………… 19
2.1.3價帶複雜結構的效應…………………………………… 22
2.2光激螢光光譜原理…………………………………………… 25
2.3光激螢光激發光譜原理……………………………………… 26

第三章 實験方法與儀器原理…………………………………………27
3.1實驗藥品……………………………………………………… 27
3.2實驗儀器……………………………………………………… 28
3.2.1合成樣品之儀器設備……………………………………28
3.2.2分析樣品之儀器設備……………………………………29
3.3樣品合成方法………………………………………………… 31
3.4 特性分析………………………………………………………32
3.4.1結構分析-XRD量測………………………………… 32
3.4.2 尺寸分析-TEM量測…………………………………32
3.4.3紫外光-可見光吸收光譜量測…………………………32
3.4.4光激螢光光譜量測………………………………………33
3.4.5穿透光譜量測……………………………………………34
3.4.6光激螢光激發光譜量測…………………………………35
3.4.7 時間解析光激螢光光譜量測…………………………36

第四章 結果與討論……………………………………………………37
4.1合成硒化鎘奈米晶體………………………………………… 37
4.1.1結構分析…………………………………………………37
4.1.2光性分析…………………………………………………39
4.2反應時間和合成溫度對成核過程的影響…………………… 41
4.2.1改變反應時間……………………………………………41
4.2.2改變合成溫度……………………………………………48
4.3吸收光譜及光激螢光激發光譜的討論……………………… 50
4.3.1硒化鎘奈米晶體之紫外光-可見光(UV-Vis)吸收光譜圖分析…………………………………………………… 50
4.3.2硒化鎘奈米晶體之光激螢光激發光譜(PLE)分析……53
4.4時間解析螢光光譜…………………………………………… 55
4.4.1雙指數(Biexponential)螢光衰減擬合分析………… 58
4.4.2多指數(Multiexponential)螢光衰減擬合分析………… 61
4.5 變溫光激螢光光譜……………………………………………65
4.5.1不同粒徑樣品之能隙對溫度的關係……………………68
4.5.2不同粒徑樣品之光激螢光光譜強度對溫度的關係……70
4.5.3不同粒徑樣品之光激螢光譜線寛度對溫度的關係……73

第五章 結論……………………………………………………………76
參考文獻……………………………………………………………… 78


表目錄
表2-1 CdSe之半導體常見常數表 …………………………………20
表2-2 CdSe球形量子點中能量最低的單電子-電洞對的躍遷過程24
表4-1 不同反應時間之硒化鎘晶體之螢光波長與對應粒徑表……42
表4-2 不同反應時間樣品之螢光波長、吸收波長及兩者之間的能量差表……………………………………………………………51
表4-3 不同反應時間樣品其吸收和螢光能量差與式2.31之修正項之比較表…………………………………………………………52
表4-4 TRPL實驗樣品之PL各項數據表……………………………55
表4-5 樣品3中不同發光位置代表之粒徑大小……………………56
表4-5 不同粒徑樣品之Varshni擬合參數表…………………………70
表4-6 不同粒徑樣品雙活化能擬合之參數表………………………71
表4-7 不同粒徑樣品之譜線寛擬合參數表…………………………75


圖目錄
圖1-1 利用兩種螢光量子點標記之小老鼠3T3纖維原細胞…………2
圖1-2 (a)傳統螢光粉和(b)螢光量子點的激發譜(虛線)和發射譜(實線);(c)傳統螢光粉及量子點標記物的光穩定性比較;(d)螢光量子點標記過程示意圖 ……………………………………4
圖1-3 奈米晶體粒徑分佈不均造成之光譜增寛效應…………………7
圖1-4 CdSe量子點粒徑對應表面原子比例示意圖…………………8
圖1-5 核殼型量子點的(a)概要外形和(b)能階示意圖………………9
圖2-1 不同維度下之電子態密度 ……………………………………11
圖2-2 球形量子井內之一電子電洞對 ………………………………15
圖2-3 忽略電子電洞間庫侖作用力情況下量子點中電子及電洞能態及帶間允許躍遷過程示意圖 ………………………………17
圖2-4 CdSe的量子點尺寸對應能量的模擬圖………………………21
圖2-5考慮庫侖交互作用下量子點中單電子電洞對的能態和允許光躍遷過程示意圖………………………………………………22
圖2-6 計算價帶混合後量子點的電洞能階及光躍遷過程示意圖 …23
圖2-7 (a)塊材及(b)奈米級的半導體其能帶和光激螢光過程示意圖…………………………………………………………26
圖3-1 光激螢光光譜實驗裝置圖 ……………………………………33
圖3-2 穿透光譜實驗裝置圖 …………………………………………34
圖3-3 光激螢光激發光譜實驗裝置圖 ………………………………35
圖3-4 時間解析光激螢光光譜實驗裝置圖 …………………………36
圖4-1 硒化鎘奈米晶體之X光繞射圖譜……………………………38
圖4-2 JCPDS資料庫中硒化鎘纖鋅礦結構的相關資料……………38
圖4-3 硒化鎘奈米晶體之穿透式電子顯微鏡照片…………………40
圖4-4 硒化鎘奈米晶體之光激螢光及穿透光譜 ……………………40
圖4-5 編號(1)至(8)樣品之X光繞射圖譜…………………………44
圖4-6 樣品4之穿透式電子顯微鏡照片……………………………45
圖4-7 不同反應時間之硒化鎘奈米晶體的光激螢光光譜…………45
圖4-8 反應時間對粒徑關係圖………………………………………46
圖4-9 反應時間對螢光波長關係圖……………………………….…46
圖4-10不同反應時間之硒化鎘奈米晶體的光激螢光光譜圖………47
圖4-11 不同合成時間之硒化鎘發光照片……………………………47
圖4-12 譜線寛及積分強度對合成時間之關係圖……………………48
圖4-13不同合成溫度其反應時間對發射波長關係圖………………49
圖4-14不同合成溫度其反應時間對粒徑關係圖……………………49
圖4-15 不同反應時間硒化鎘之紫外光-可見光吸收光譜圖………51
圖4-16 不同反應時間樣品之光激螢光激發光譜圖…………………54
圖4-17 樣品1之吸收及光激螢光激發光譜圖………………………54
圖4-18 TRPL實驗樣品PL光譜圖及實照……………………………55
圖4-19 樣品3之三個不同發光位置之TRPL圖……………………56
圖4-20 樣品3之560nm位置的雙指數螢光衰減擬合結果…………58
圖4-21 樣品3經雙指數擬合之粒徑和生命期關係圖………………59
圖4-22 樣品3經雙指數擬合之粒徑和比重(A1/A2)關係圖…………59
圖4-23 樣品3之560nm位置的多指數螢光衰減擬合結果…………62
圖4-24 樣品3經多指數螢光衰減擬合之τ與β和粒徑關係圖……62
圖4-25 不同樣品之β的比較圖………………………………………64
圖4-26 樣品1(粒徑=2.41nm)之變溫光激螢光光譜圖……………66
圖4-27 樣品2(粒徑=2.64nm)之變溫光激螢光光譜圖……………66
圖4-28 樣品3(粒徑=2.76nm)之變溫光激螢光光譜圖……………67
圖4-29 樣品4(粒徑=2.92nm)之變溫光激螢光光譜圖……………67
圖4-30 樣品(1)-(4)之能隙隨溫度變化圖…………………………68
圖4-31 樣品(3)之能隙隨溫度變化圖及Varshni關係式擬合結果…69
圖4-32 樣品(3)之螢光強度隨溫度變化圖及雙活化能擬合結果…72
圖4-33 活化能對其粒徑關係圖………………………………………72
圖4-34 不同粒徑樣品的隨溫度變化之譜線寛圖……………………74
圖4-35 樣品3之譜線寛擬合圖………………………………………75
第一章 緒論
[1.1] K. Kang and K. Daneshvar, J. Appl. Phys. 95, 646 (2004)
[1.2] Y. Long, Z. Chen, W. Wang, F. Bai, A. Jin, and C. Gu, Appl. Phys.
Lett. 86, 153102 (2005).
[1.3] C. Wang, K. M. Ip, S. K. Hark, and Q. Li, J. Appl. Phys. 97,
054303 (2005).
[1.4] K. M. Ip, C. R. Wang, Q. Li, and S. K. Hark, Appl. Phys. Lett. 84,
795 (2004).
[1.5] T. Gao, Q. H. Li, and T. H. Wang, Appl. Phys. Lett. 86, 173015
(2005).
[1.6] C. B. Murray, D. J. Norris, and M. G. Bawendi, J. Am. Chem. Soc. 115, 8706 (1993).
[1.7] H. Weller, D. V. Talapin, A. L. Rogach, A. Kornowski, and M.
Haase, Nano Lett. 1, 207 (2001).
[1.8] W. W. Yu and X. Peng Angew. Chem. Int. Ed. 41, 2368 (2002)
[1.9] Y. Zhao, Y. Zhang, H. Zhu, G. C. Hadjipanayis, and J. Q. Xiao, J. Am. Chem. Soc. 126, 6874 (2004).
[1.10] M. A. Hines and P. Guyot-Sionnest. J. Phys. Chem. B. 102; 3655 (1998).
[1.11] P. Reiss, G. Quemard, S. Carayon, J. Bleuse, F. Chandezon, and A . Pron, Materials Chemistry and Physics 84, 10 (2004).
[1.12] S. H. Kim, G. Markovich, S. H. Choi, K. L. Wang and J. R. Heath, Appl. Phys. Lett. 74:317 (2001)
[1.13] D. L. Klein, R. Roth, A. K. L. Lim, A. P. Alivisatos and P. L. McEuen. Nature, 389:699 (1997)
[1.14] M. Klude, T. Passow, R. Kroger and D. Hommel. Electron. Lett, 37:1119 (2001)
[1.15] K. Walzer, U. J. Quaade, D. S. Ginger, N. C. Greenham and K. Stokbro. J. Appl. Phy., 92:1343 (2002)
[1.16] Bruchez M J, Moronne M, Gin P, Weiss S, Alivisatos A P. Science,281:2013 (1998)
[1.17] Chan C W and Nie S M. Science, 281:2016 (1998)
[1.18] Faulk W P, Taylor G M. Immunochemistry, 8:1081 (1971)
[1.19] Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee. 〝Solid State Electronic Devices〞 (Prentice hall,2000)
[1.20] Lianhua Qu and Xiaogang Peng, J Am. Chem. Soc. 124:2049 (2002)
[1.21] 楊文胜, 高明遠, 白玉白. 〝奈米材料與生物技術〞,P28~33 (化學工業,2004)
[1.22] C. B. Murray, D. J. Norris and Bawendi. J. Am. Chem. Soc, 115:8706 (1993)
[1.23] Peng Z A, Peng X. J. Am. Chem. Soc, 123:183 (2001)
[1.24] Qu L, Peng Z A, Peng X. Nano Leter, 1:333 (2001)
[1.25] Peng Z A, Peng X. J. Am. Chem. Soc, 124:343 (2002)
[1.26] Battaglia D, Peng X. Nano Leter, 2:1027 (2002)
[1.27] Yu W W, Peng X. Angew Chem, 114:2474 (2002)
[1.28] Peng X. Chem Eur J, 8:335 (2002)
[1.29] 黃國瑋, 〝懸浮性II-VI族化合物半導體奈米粒子之合成與鑑定〞, 台灣大學化學研究所 (2003)
[1.30] Li J J, Wang Y A, Guo W, Keay J C, Mishima T D, Johnson M B, Peng X. J. Am. Chem Soc, 125:12567 (2003)
[1.31] D B attaglia, Li J J, Wang Y A, Peng X. Angew Chem Int Ed, 42:5035 (2003)
[1.32] Dmitri V. Talapin, Ivo Mekis, Stephan Gotzinger, Andreas Kornowski, Oliver Benson and Horst Weller. J. Phys. Chem. B 108:18826 (2004)











第二章 基本原理
[2.1] 沈學礎, 〝半導體光譜和光學性質〞, p.720~730 (科學,2001)
[2.2] Brus L E. J. Chem Phys, 1984, 80: 4403; 1986, 90: 2555
[2.3] Ekimov A I, Efros Al L, Ivanov M G, Onushenko A A and Shumilov S K. Solid State Commun, 69:565 (1989)
[2.4] Schmidt H M and Weller H. Chem Phys Lett, 129:615 (1986)
[2.5] Kayanuma Y and Momiji H. Phys Rev, B41:10261 (1990)
[2.6] Hu Y Z, Lindberg M and Koch S W. Phys Rev, B42:1713 (1990)
[2.7] Pollock E L and Koch S W. J Chem Phys, 94,6766 (1991)
[2.8] After Landholt-Boernstein (1982)
[2.9] Hu Y Z, Koch S W, Lindberg M, Peyghambarian N, Pollock E L and Abraham F. Phys Rev Lett, 64:1805 (1990)
[2.10] Park S H, Morgan R A, Hu Y Z, Lindberg M, Koch S W and Peyghambarian N. J Opt Soc Am, B7:2097 (1990)
[2.11] Hu Y Z, Giessen H, Peyghambarian N, Koch S W. Phys Rev, B53:4814 (1996)
[2.12] Ekimov A I, Hache F, Schanne-Klein M C, Ricard D, Flytzanis C,Kudryatsev I A, Yazeva T V, Rodina A V, Efros Al L. J Opt Soc Am, B10:100 (1993)
[2.13] Efros Al L. Phys Rev, B46:7448 (1992)

第三章 實驗方法與儀器原理
[3.1] Dmitri V.Talapin, Andrey L.Rogach, Andreas Kornowski, Markus Haase, Horst Weller. Nano Letters, 1,4:207 (2001)
[3.2] Gaponik N, Talapin D V, Rogach A L, Hoppe K, Shevchenko E V, Kornowski A, Eychmuller A, Weller H. J Phys Chem B, 106:7177 (2002)
[3.3] Gaponik N, Radtchenko I L, Sukhorukov G B, Weller H. Adv Matter, 14:879 (2002)
[3.4] Rogach L, Harrison M T, Kershaw S V, Kornowski A, Burt M G, Eychmuller A, Weller H. Phys Stat Sol (B), 224:153 (2001)
[3.5] Lianhua Qu and Xiaogang Peng. J. Am. Chem. Soc, 124,9:2049 (2002)

第四章 結果與討論
[4.1] B. D. Cullity. Elements of X-ray Diffraction, 2nd ed. (Addison Wesley, Reading, MA, 1978)
[4.2] Jenkins and Snyder. Introduction to X-ray Powder Diffractometry (John Wiley and Sons, New York, 1996)
[4.3] H. P. Klug and L.E. Alexander. X-ray Diffraction Procedures, 2nd ed. (Wiley, New York, 1974)
[4.4] Dmitri V.Talapin, Andrey L.Rogach, Andreas Kornowski, Markus Haase, Horst Weller. Nano Letters, 1,4:207 (2001)
[4.5] L. Qu and X. Peng. J. Am. Chem. Soc.124:2049 (2002)
[4.6] M. Nirmal, B. O. Dabbousi, M. Bawendi, J. J. Macklin, J. K. Trautmann, T. D. Harris and L. E. Brus. Nature, 383:802 (1996)
[4.7] R. G. Neuhauser, K. T. Shimizu, W. K. Woo, S. A. Empedocles, M. G. Bawendi. Phys. Rev. Lett. 85:3301 (2000)
[4.8] S. A. Empedocles and M. G. Bawendi. Science 278:2114 (1997)
[4.9] C. Kittel. Introduction to Solid State Physics, 7th ed. (John Wiley, New York, 1996)
[4.10] E. N. Kaufmann. Characterization of Materials (John Wiley, New York, 1996)
[4.11] M. Fox. Optical properties of solids (Oxford, New York, 2001)
[4.12] D. Tonti, F. van Mourik and M. Chergui. Nano Letters 4:2483 (2004)
[4.13] Xiaoyong W, Lianhua Q, Jiayu Z, Xiaogang P and Min X. Nano Letters, 3:1103 (2003)
[4.14] M. Dahan, T. Laurence, F. Pinaud, D. Chemla, A. P. Alivisatos, M. Sauer and S. Weiss. Opt. Lett. 26:825 (2001)
[4.15] P. Michler, A. Imamoglu, M. D. Mason, P. J. Carson, G. F. Strouse and S. K. Buratto. Nature 406:968 (2000)
[4.16] V. I. Klimov, D. W. Mcbranch, C. A. Leatherdal, M. G. Bawendi. Phys. Rev. B 60:13740 (1999)
[4.17] J. Zhang, X. Wang, M. Xiao. Opt. Lett 27:1253 (2002)
[4.18] G. Schlegel, J. Bohnenberger, I. Potapova, A. Mews. Phys. Rev. Lett. 88:137401 (2002)
[4.19] M. G. Bawendi, P. J. Carroll, W. L. Wilson, L. E. Bruce. J. Chem. Phys. 96:946 (1992)
[4.20] X. Wang, J. Zhang, A. Nazzal, M. Darragh, M. Xiao. Appl. Phys. Lett. 81:4829 (2002)
[4.21] C. Landes, C. Burda, and M. A. Elsayed. J. Phys. Chem. B 105:2981 (2001)
[4.22] A. Javier, D. Magana, T. Jennings and G. F. Strouse. Appl. Phys. Lett. 83:1423 (2003)
[4.23]
[4.24] S. Germar, B. Jolanta, P. Inga and M. Alf. Phys. Rev. Lett. 88:137401 (2002)
[4.25] C. P. Lindsey and G. P. Patterson. J. Chem. Phys. 73:3348 (1980)
[4.26] C. M. Jin, J. Q. Yu, L. D. Sun, K. Dou, S. G. Hou, J.L. Zhao, Y. M. Chen and S. H. Huang. J. Lumin. 315:66 (1996)
[4.27] J. Q. Yu, H. M. Liu, Y. Y. Wang, F. E. Fernandez and W.Y. Jia. J. Lumin. 252:76 (1998)
[4.28] T. Toyoda and A. B. Cruz. Thin Solid Films 132:438 (2003)
[4.29] X. Wang, L. Qu, J. Zhang, X. Peng and M. Xiao. Nano Letters 3:1103 (2003)
[4.30] Y. P. Varshini. Physica 34:149 (1967)
[4.31] D. Valerini, A. Creti, M. Lomascolo, L. Manna, R. Cingolani and M. Anni. Phys. Rev. B 71:235409 (2005)
[4.32] A. Klochikhin, A. Reznitsky, B. Dal Don, H. Priller, H. Kalt, C. Klingshirn, S. Permogorov and S. Ivanov. Phys. Rev. B 69:085308 (2004)
[4.33] D. Bimberg and M. Sondergeld. Phy. Rev. B 4:3451 (1971)
[4.34] J. Krustok, H. Collan and K. Hjelt. J. Appl. Phys. 81:1442 (1997)
[4.35] J. Lee, E. S. Koteles and M. O. Vassell. Phys. Rev. B 33:5512 (1986)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊