Технологія одержання квантових точок
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?у менше, ніж 0.1 меВ, але її емісійний спектр зсувається випадково з часом. Цю властивість називають спектральними стрибками або спектральною дифузією. Спочатку це спостерігалося при кріогенних температурах, а зараз і при кімнатній. Спектральна дифузія імовірно повязана з локальним оточенням квантових точок, яке створює швидко флуктуючі електричні поля, що можуть збурювати енергетичні рівні системи. Аналогічно спектральна дифузія може також спостерігатися в органічних флуорофорах. Навпаки, самоорганізовані квантові точки, занурені у матрицю, не показують спектральних стрибків, тому що їх локальне оточення не змінюється з часом.
У самоорганізованих квантових точках при високій потужності накачки можуть спостерігатися і вивчатися мультиекситонні стани, але вони ніколи не спостерігалися у колоїдних кантових точках. Відсутність мультиекситонів у одиноких колоїдних квантових точках корелює з перериванням флуоресценції, що спостерігається у цих системах. Флуоресцентна емісія з однієї квантової точки показує поведінку “вкл./викл.”, яку називають мигтінням і яка є другою спектроскопічною особливістю, що відрізняє колоїдні квантові точки від самоорганізованих квантових точок. Ця поведінка є аналогічною органічним флуорофорам. Мигтіння у квантових точках може спостерігатися у стандартному епіфлуоресцентному мікроскопі. У нанокристалі час викл. може змінюватися від мілісекунд до декількох хвилин. Механізм мигтіння вважається таким, що містить фотоіонізацію колоїдних квантових очок. У цій моделі, якщо дві електрон-діркові пари одночасно присутні всередині квантових точок, енергія, що вивільнюється шляхом анігіляції однієї електрон-діркової пари, передається інший парі. Цей надлишок може інжектувати один з носіїв у оточення квантової точки, залишаючи квантову точку зарядженою. Якщо електрон-діркова пара утворюється протягом цього часу, енергія, яка вивільнюється такою рекомбінацією, передається третьому носію, що залишається [7].
Рис. 3.2. Колоїдні квантові точки різного розміру, розчинені у хлороформі. Розмір квантових точок зростає зліва направо. а - фотографія розчинів; б - фотографія розчинів при УФ-опроміненні знизу. Спостерігаються різні кольори флуоресценції.
Ось чому іонізовані квантові точки не емітують через нерадіаційний процес. Якщо ежектований носій повертається усередину квантової точки або якщо квантова точка нейтралізована, радіаційна емісія відновлюється. Імовірність проходження Оже-процесів у нанокристалах є вищою, ніж у масивному тілі, завдяки порушенню трансляційної симетрії. Така ймовірність також повязана з просторовим перекриттям хвильових функцій носіїв, і по цій причині є вищою у колоїдних квантових точках порівняно з самоорганізованими; перші є набагато меншими, ніж останні. Імовірність Оже-процесів зростає у подальшому у випадку кінцевих і дефектних барєрів, які надають широку область електронних станів, де можуть бути локалізовані збуджені носії. Це є випадком колоїдних квантових точок, але не самоорганізованих квантових точок, занурених в неорганічну бездефектну товсту матрицю [6].
Розділ 4. Деякі можливі застосування
Квантово-механічні особливості фізичних ефектів у квантових точках можуть знайти широке використання в оптиці. Як і в більш загальному випадку атомів або молекул, квантові точки можуть збуджуватися оптично або електрично. Незалежно від природи збудження, квантові точки можуть емітувати фотони, коли релаксують із збудженого стану в основний. Завдяки цьому квантові точки можуть бути використані як лазерні середовища, джерела фотонів, як оптично-адресовані пристрої памяті або флуоресцентні мітки. Самоорганізовані квантові точки, занурені в активний шар лазера на квантових ямах, суттєво покращують операційні характеристики лазера завдяки нульвимірній густині станів. У лазерах на квантових точках порогова густина струму менша, температурна стабільність краща і диференційне підсилення зростає. Перша демонстрація лазерної структури на квантових точках відбулася у 1994 році. З того часу лазерні характеристики покращувалися шляхом досконалішого контролю росту самоорганізованих шарів квантових точок. Оптичне підсилення та стимульована емісія спостерігалися також від та колоїдних нанокристалічних квантових точок.
Квантові точки використовувалися і як „некласичні” джерела світла. Фотони, що випромінюються з термічних джерел світла, мають характеристичні статистичні кореляції. Для застосування у квантовій обробці інформації бажано випромінювати один фотон, і в останні роки були продемонстровані прототипи таких однофотонних пристроїв, що базувалися на квантових точках [6].
Саморганізовані квантові точки також можуть бути основою оптичних пристроїв памяті. У такому пристрої екситони оптично генеруються й електрони та дірки зберігаються окремо у звязаних парах квантових точок. Прикладанням електричного поля електрон та дірку можна примусити рекомбінувати і генерувати фотон, який забезпечить оптичне зчитування.
Колоїдні квантові точки застосовуються для розробки світловипромінюючих діодів, де квантові колоїдні точки занурені у тонку плівку провідного полімеру, а також для виготовлення фотовольтаічних пристроїв.
Хімічно синтезовані квантові точки флуоресціюють у видимій області з довжиною хвилі, яку можна змінювати, змінюючи розміри колоїдів. Можливість контролювання початку поглинання та кольору флуорес