硅量子点表面钝化的发光研究

通过第一性原理模拟计算发现，对硅量子点表面的钝化条件不同，引入的局域态也不同。我们分别用Si=0和Si-O-Si键对量子点表面进行钝化，在带隙中引入了局域态；而分别用Si—H和岛一OH键对量子点表面进行钝化，在带隙中没有引入任何局域态。结合硅量子点的制备实验和发光的检测，可以解释硅量子点在不同条件下的发光机理。     

玻璃中半导体量子点的有效电场

玻璃中的半导体量子点通常是球形的纳米微粒，退极化因子在各方向均为l／3；借助于介质极化理论的一些一般结果，得到球形量子点内的有效电场；量子点内的有效电场与玻璃中的电场成正比，比例系数决定于玻璃和半导体量子点的介电常数．     

硅量子点中的孪晶对其电子结构和光学性能的影响

以具有代表性的单孪晶和五重孪晶作为研究对象,运用密度泛函理论研究了孪晶结构的硅量子点的形成、稳定性、量子限域效应以及光学性质.结果表明,孪晶结构的硅量子点从热力学角度看是可以形成的,且孪晶结构可以增强硅量子点的稳定性;孪晶的存在使得硅量子点的量子限域效应和光学吸收减弱.     

具有荧光特性的硅量子点合成及在铁离子检测中应用

设计了一种新型的高荧光硅量子点(Silicon quantum dots, Si QDs)的合成方法,并尝试探索其制备机理以及在三价铁离子(Fe~(3+))检测中的应用.与传统的还原法制备硅量子点相比,3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在硫酸的作用下能够得到具有高荧光、低尺寸特性的硅量子点.结果表明该硅量子点的最佳激发波长和对应发射波长分别为305 nm和384 nm.在水溶液中,Si QDs和Fe~(3+)通过配位作用使得硅量子点发生明显聚集诱导淬灭现象(aggregation caused quenching ACQ),该方法能在2.5μM～250μM的范围内实现对Fe~(3+)的灵敏检测,检出限为670 nM.     

纳米硅薄膜中量子点的库仑阻塞效应

用纳米硅薄膜制成了共振隧穿量子点二极管，在77K温度下对其I－V特性进行了测量，得到了具有共振隧穿特征的实验结果。对实验结果分析表明，纳米尺寸晶粒构成的量子点具有库仑阻塞效应。     

纳米硅薄膜中量子点的仓阻塞效应

用纳米硅薄膜制成了共振隧穿量子点二极管，在７７Ｋ温度下对其Ｉ－Ｖ特性进行了测量，得到了具有共振隧穿特征的实验结果。对实验结果分析表明，纳米尺寸晶粒构成的量子点具有库仓阻塞效应．     

CdSe量子点系统的库仑相互作用能的量子尺寸效应

用有效质量近似(EMA)模型模拟CdSe半导体微晶量子点系统,计算激子的基态能量以及系统的库仑相互作用能.在量子点的尺寸为0.25～2.5nm的区域内,将计算结果与实验结果进行比较显示:①激子的基态能量在整个区域与实验结果符合得很好;②系统的库仑相互作用能具有明显的量子尺寸效应;③包围量子点的外部介质的介电常数对库仑相互作用能的影响十分显著.计算结果表明:在CdSe量子点系统的研究中,考虑量子点内外介电常数的不同是必要的,系统的库仑相互作用能对激子的基态能量的贡献是十分重要的.     

激光晶化制备硅量子点/碳化硅多层膜p-i-n结构的光伏特性探索

对不同能量密度激光晶化的硅量子点/碳化硅周期性多层膜的结构与光学性质进行了研究.结果表明,激光晶化技术可以获得晶化的硅量子点并且保持良好的周期性层状结构;随着激光能量密度的增大,多层膜中的硅量子点的晶化率和晶粒尺寸都随之增大,光吸收系数增强,吸收边红移,光学带隙减小.进而初步尝试了对在镀有氧化铟锡(ITO)透明导电电极的玻璃衬底上制备的基于硅量子点/碳化硅周期性多层膜的全硅量子点太阳能电池光伏性能的探索,提出利用KrF准分子脉冲激光晶化技术代替传统的高温退火技术来获得全硅量子点电池的方法,以避免长时间的高温过程对玻璃衬底和ITO膜的破坏,获得了有效面积为0.8cm2的电池.研究发现激光晶化技术制备的全硅量子点电池具有良好的整流特性,并且随着激光能量密度的增大,电池的外量子效率先增大后减小,170mJ·cm~(-2)是最佳的激光晶化能量密度,基于此条件制备的全硅量子点电池初步获得了0.16mA·cm-2的短路电流密度.     

叠层太阳电池中不同基质硅量子点的特性研究

叠层太阳电池的多能带结构设计可以有效提高太阳电池的转换效率,但是这种电池在实际制备过程中常会遇到低效率、高成本等问题。以提高效率为目的,在叠层太阳电池中引入具有量子效应的硅量子点是目前新型太阳电池研究的一大热点。文章对不同基质中硅量子点的能带模型进行了理论分析,介绍了硅量子点在几种不同基质中的形成方法及其相关性质的最新研究结果,并对比研究了SiO2、Si3N4和SiC用作硅量子点生长基质的优势与不足。     

氧气中加工生成硅量子点的受激发光

用纳秒脉冲激光辐照加工生成硅量子点结构,经过适当退火后,在605 nm和693 nm处检测到受激发光峰并能观察到有明显的光增益现象和阈值行为。通过在硅量子点表面建立Si-O-Si桥键和Si=O双键键,用第一性原理对氧气中用激光加工的硅基量子点的电子态密度进行模拟计算,结果表明两种键在量子点中都形成局域态,但局域态位置不同。结合理论和实验,得出产生受激发光峰增强效应和阈值行为的主要原因,并提出硅量子点纳米激光这一新思想,量子受限效应决定激光的抽运能级,局域态在导带和价带之间为粒子数反转提供必要条件。     

硅量子点表面掺氮的电子结构计算

本文在量子点表面掺入氮原子,用第一性原理方法模拟计算硅量子点（111）面上的电子结构.本文主要解决两个问题：（1）比较研究六种不同大小的量子点结构掺杂和未掺杂氮原子情况下的带隙宽度和电子态密度变化;（2）分别用广义梯度近似（GGA）和局域密度近似（LDA）两种不同的算法计算六种量子点结构的带隙宽度和态密度,并比较GGA和LDA算法的特点.计算结果发现：带隙随着量子点的尺度变小而展宽,这符合量子受限规律;在量子点表面掺杂氮原子会减小带隙宽度;重要的是发现LDA算法对局域态更加敏感.     

Optical gain in silicon nanocrystals

Adding optical functionality to a silicon microelectronic chip is one of the most challenging problems of materials research. Silicon is an indirect-bandgap semiconductor and so is an inefficient emitter of light. For this reason, integration of optically functional elements with silicon microelectronic circuitry has largely been achieved through the use of direct-bandgap compound semiconductors. For optoelectronic applications, the key device is the light source--a laser. Compound semiconductor lasers exploit low-dimensional electronic systems, such as quantum wells and quantum dots, as the active optical amplifying medium. Here we demonstrate that light amplification is possible using silicon itself, in the form of quantum dots dispersed in a silicon dioxide matrix. Net optical gain is seen in both waveguide and transmission configurations, with the material gain being of the same order as that of direct-bandgap quantum dots. We explain the observations using a model based on population inversion of radiative states associated with the Si/SiO2 interface. These findings open a route to the fabrication of a silicon laser.     

半导体量子点电调制吸收谱一次微分性质的理论分析

分析在电场作用下半导体量子点的介电响应函数,在弱场近似下得到半导体量子点的电调制吸收谱的一次微分性质。由于量子点的量子约束效应,半导体中的电子能带不复存在,成为一系列离散的能级;通常体材料中的电场调制机制不存在了,在电场作用下,量子点中的量子能级会随电场而改变;激子吸收峰红移,因此电场直接影响到介电函数中的激子能级,使激子能级产生与电场强度有关而与时间无关的移动。这样半导体量子点电调制吸收谱成为一     

硅基半导体中埋置硅量子点的低温生长与发光研究

在硅基半导体中埋置的硅量子点因量子限域效应而具有光致发光的性能,是一种实现硅基光电集成很有前途的材料.文章介绍了此类复合薄膜的可控生长,并对其发光进行了研究.     

还原性巯基修饰的 CdSe/ZnS 量子点合成及其与人血清白蛋白相互作用的研究

以还原型谷光苷肽为修饰剂,在水相中合成了稳定的核壳结构的 CdSe /ZnS 量子点．采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究其与人血清白蛋白（HSA）的相互作用,研究表明：CdSe /ZnS 量子点对 HSA 内源荧光的猝灭机制属于形成复合物引起的静态猝灭,28℃时猝灭常数为2．1＆#215;105 Lmol -1,结合常数为2．8＆#215;105,结合位点数为1．0,量子点与 HSA 的结合力为静电作用力,量子点对 HSA 的构型未改变．     

Coherent singlet-triplet oscillations in a silicon-based double quantum dot

Silicon is more than the dominant material in the conventional microelectronics industry: it also has potential as a host material for emerging quantum information technologies. Standard fabrication techniques already allow the isolation of single electron spins in silicon transistor-like devices. Although this is also possible in other materials, silicon-based systems have the advantage of interacting more weakly with nuclear spins. Reducing such interactions is important for the control of spin quantum bits because nuclear fluctuations limit quantum phase coherence, as seen in recent experiments in GaAs-based quantum dots. Advances in reducing nuclear decoherence effects by means of complex control still result in coherence times much shorter than those seen in experiments on large ensembles of impurity-bound electrons in bulk silicon crystals. Here we report coherent control of electron spins in two coupled quantum dots in an undoped Si/SiGe heterostructure and show that this system has a nuclei-induced dephasing time of 360 nanoseconds, which is an increase by nearly two orders of magnitude over similar measurements in GaAs-based quantum dots. The degree of phase coherence observed, combined with fast, gated electrical initialization, read-out and control, should motivate future development of silicon-based quantum information processors.     

量子点磁化动力学行为的研究

利用Monte-Carlo方法研究磁性量子点阵列在不同交换耦合常数Jex、偶极相互作用常数D和磁各向异性常数K下的磁化曲线及自旋组态.模拟结果表明,对于不同的Jex和D,系统表现出不同的磁化行为和自旋组态;当Jex=0.0,D取小值时,量子点阵列的磁性基本保持了孤立原子团的磁特性,矫顽力随温度变化关系与单个的磁性原子团的相似,在低温区,矫顽力随温度的增加急剧减少;在中间温区,出现矫顽力极小;在更高温区,矫顽力随温度的增加而减少.