Технологія одержання квантових точок
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ів можна контролювати умовами росту. Звичайно острівці мають форму зрізаної піраміди, але можливо формувати кільцеподібні квантові точки. Кінцевий етап полягає у рості (нарощуванні) на вершину острівців декількох шарів матеріалу підкладки так, що точки повністю занурені і границі розділу пасивовані. Співвідношення заборонених зон створює утримуючий потенціал для носіїв заряду, що акумулюються всередині квантових точок. Крім того, поля напруги поблизу границь поділу острівок-підкладка завдяки розузгодженню граток між двома матеріалами утворюють потенціали, які модифікують заборонену зону квантових точок на дні острівця. Дірки імовірніше будуть локалізуватися у цій області, оскільки вони важчі за електрони [7].
Самоорганізовані квантові точки можуть мати діаметр до кількох нанометрів, і тому у таких системах можуть спостерігатися сильно виражені квантові ефекти. Самоорганізовані квантові точки досліджувалися переважно з використанням оптичної або ємнісної спектроскопії у режимі, коли вони містять малу кількість носіїв заряду. На вимірювання ансамблів суттєво впливає неоднорідне уширення спектроскопічних особливостей. Але останнім часом стало можливим досліджувати кілька самоорганізованих квантових точок або навіть одиничні квантові точки шляхом зменшення числа квантових точок за допомогою мезотравлення або при використанні методу конфокальної мікроскопії. Фотолюмінесценція з окремої самоорганізованої квантової точки є високоефективним процесом, що характеризується декількома вузькими емісійними лініями, повязаними з різними екситонними станами у точках, і нагадує емісію з атомів. Як вже згадувалося для випадку літографічно отриманих квантових точок, можна провести багато паралелей між атомами та квантовими точками. По цих причинах квантові точки часто називають також штучними атомами. Сучасні дослідження зосереджені на впорядкування та розміщенні квантових точок, а також на проблемі зменшення їх розподілу по розмірах. На відміну від літографічно отриманих квантових точок виготовити електричний контакт до самоорганізованих точок є серйозною проблемою, тому найширше вони можуть застосовуватися в оптиці. Однією з головних цілей досліджень самоорганізованих квантових точок є виготовлення некласичних джерел світла з одиничних точок. Іншим можливим застосуванням є оптичні пристрої памяті [6].
2.3 Колоїдний метод
Колоїдні квантові точки є суттєво відмінними від систем, що були описані вище, оскільки вони хімічно синтезуються з використанням мокрої хімії і є вільними наночастинками або нанокристалами, вирощеними у розчині. Колоїдні квантові точки є підгрупою більш широкого класу матеріалів, які можуть бути синтезовані на наномасштабному рівні з використанням мокрих хімічних методів. При виготовленні колоїдних нанокристалів реакційною камерою є реактор, який містить суміш сполук, що контролюють нуклеацію та ріст. У загальному синтезі квантових точок у розчині кожний з видів атомів, що буде частиною нанокристалу, вводиться у реактор у формі прекурсору. Прекурсор є молекула або комплекс, що містить один або більше видів атомів, необхідних для вирощування нанокристалів. Як тільки прекурсори вводяться у реактивну камеру, вони розкладаються і формують нові реактивні одиниці (мономери), які викликають нуклеацію та ріст нанокристалів. Енергію, потрібну для розкладу прекурсорів, забезпечує рідина у реакторі, або її забезпечують шляхом термічних зіткнень, або шляхом хімічної реакції між рідким середовищем та прекурсорами, або комбінацією цих двох механізмів [7].
Ключовим параметром у контрольованому рості колоїдних нанокристалів є присутність одного або більше молекулярних видів у реакторі, тут широко позначених як „суфрактанти”. Суфрактант - це молекула, яка динамічно адсорбується до поверхні зростаючої квантової точки при реакційних умовах. Він має бути достатньо рухливим, щоб забезпечити доступ для мономерних одиниць, і в той же час достатньо стабільним для запобігання агрегації нанокристалів. Вибір суфрактантів змінюється під конкретний випадок, молекула, яка занадто сильно звязується з поверхнею квантової точки, не підходить, оскільки вона не дозволить нанокристалу рости. З іншого боку, слабокоординована молекула буде давати великі частинки або агрегати. Деякіми прикладами суфрактантів є алкілтіоли, фосфіни, окисли фосфінів, фосфати, фосфонати, аміди або аміни, карбоксилові кислоти та ін. Якщо вирощування нанокристалів відбувається при високих температурах (наприклад, при 200-400 С), тоді молекули суфрактанта повинні бути стабільними при таких умовах.
При низьких температурах, або коли ріст припиняється, суфрактанти сильніше повязані з поверхнею нанокристалів і забезпечують їх розчинність у широкому наборі розчинів. Це покриття забезпечує гнучкість синтезу, тому що воно може обмінюватись на інше покриття з органічних молекул, які мають різні функціональні групи або полярність. На додаток, суфрактанти можуть бути тимчасово видалені і може бути нарощений епітаксіальний шар іншого матеріалу з різними електронними, оптичними або магнітними властивостями на первинному нанокристалі.
Шляхом контролю суміші молекул суфрактанту, що присутні в процесі генерації, та росту квантових точок можливий контроль їх розміру та форми. Оскільки колоїдні нанокристали дисперговані у розчині, вони не звязані з будь-якою твердою основою, як у випадку двох інших описаних систем квантових точок.
Т