【摘要】：金屬硫族超四面體納米團(tuán)簇是由幾十個乃至幾百個原子通過共價鍵形成的具有立方相硫化鋅碎片結(jié)構(gòu)的原子聚集體,起到連接小分子簇合物和凝膠半導(dǎo)體納米粒子的橋梁作用。由此類團(tuán)簇構(gòu)筑的固態(tài)開放骨架半導(dǎo)體材料顯著有別于傳統(tǒng)的濃密相II-VI族半導(dǎo)體材料,逐漸成為半導(dǎo)體材料學(xué)家的研究熱點。盡管近十年來,此類團(tuán)簇的種類不斷增多,且尺寸不斷增大,然而針對團(tuán)簇中多元組份分布問題以及團(tuán)簇內(nèi)特定位點精確摻雜問題的研究仍顯不足。了解并實現(xiàn)納米團(tuán)簇中的組份有序分布和精確摻雜有助于構(gòu)建結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,并為新型半導(dǎo)體材料的設(shè)計合成和性能調(diào)控提供理論支持。本論文集中研究了離散型金屬硫族半導(dǎo)體超四面體納米團(tuán)簇的設(shè)計合成、后摻雜修飾及光電性能調(diào)變。我們通過超強(qiáng)堿參與的溶劑熱合成方法成功制備了一例基于鎘銦硫無核納米團(tuán)簇的半導(dǎo)體材料化合物,并依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點對它實施了金屬離子精確摻雜研究,深入探討了摻雜樣品的光學(xué)和光電性能變化。具體研究內(nèi)容如下:(1)通過兩步合成法在一個具有類似“核殼結(jié)構(gòu)”的Cd-In-S無核納米團(tuán)簇中實現(xiàn)了多元組份的有序分布和銅離子精確摻雜。我們首先制備了一例基于空心超四面體硫族Cd-In-S納米團(tuán)簇的半導(dǎo)體材料(命名為ISC-10-Cd In S),然后通過擴(kuò)散法將單個銅離子引入團(tuán)簇的中心空缺位,獲得一例Cu-Cd-In-S四元組份的納米團(tuán)簇,實現(xiàn)了固態(tài)半導(dǎo)體材料的精確摻雜。單個銅離子的引入顯著提升了母體材料在可見光區(qū)的光電響應(yīng)性能。(2)采用兩步法成功將二價錳離子摻雜到Cd-In-S無核納米團(tuán)簇的中心空位,實現(xiàn)了錳離子摻雜劑在主體半導(dǎo)體材料晶格中的有序分布。通過熒光(PL),X射線光電子能譜(XPS)以及電子順磁共振(EPR)等分析手段證實了錳離子被引入到納米團(tuán)簇中心空位。與主體材料較弱的藍(lán)綠光發(fā)射(約490 nm)不同,錳離子摻雜后的樣品表現(xiàn)出很強(qiáng)的紅光發(fā)射(室溫下為630 nm,30K下為654 nm),這相對于傳統(tǒng)錳離子摻雜的II-VI族半導(dǎo)體材料的橙光發(fā)射(約585 nm)發(fā)生了明顯紅移。通過大量的對比試驗和熒光動力學(xué)分析,我們明確了摻雜誘導(dǎo)的熒光發(fā)射機(jī)理。(3)基于單相半導(dǎo)體ISC-10-Cd In S材料,我們進(jìn)一步闡明了其作為近紫外或藍(lán)光激發(fā)下熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED的可能性。單一錳離子摻雜或單一銅離子摻雜使母體樣品分別發(fā)射紅橘光和淡黃光。通過對母體樣品實施銅錳離子共摻雜或者通過把母體樣品與兩種單一摻雜樣品按一定比例機(jī)械混合,均可在近紫外光激發(fā)下實現(xiàn)光區(qū)較寬的白光發(fā)射(從450到800 nm)。
【圖文】：

銦硫無核納米團(tuán)簇的組份精確摻雜及其光電、熒光性能調(diào)控研究 第二種摻雜模型為自凈模型[18]。在這種模型下，相同遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其在同組組份的體相材料。這意味著這樣的比在體相材料中低。于是在熱力學(xué)平衡的驅(qū)動下，摻而大大影響到摻雜質(zhì)量。第三種摻雜模型為動力學(xué)模熱力學(xué)平衡理論在多數(shù)摻雜方法中不再使用，因為它擴(kuò)散所需溫度，此時的擴(kuò)散可以被忽略不計。這種情納米晶體表面的附著時間和納米晶體自身的生長速體表面吸附并被后續(xù)生長的主體所包覆時，即可以中，納米晶體的晶體結(jié)構(gòu)和表面態(tài)成為影響摻雜的

圖 1-2. 納米團(tuán)簇的尺寸范圍示意圖納米團(tuán)簇因其自身特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，成為無機(jī)化學(xué)材料合成領(lǐng)域一個十分活研究熱點。研究者將它們定義為由幾個至上千個原子、分子或離子通過物理或化合力組成的相對穩(wěn)定的微觀和亞微觀聚集體。其尺寸分布范圍可以從圖1-2中看是一類介于原子、分子和宏觀固體之間的新型物質(zhì)結(jié)構(gòu)，是凝聚態(tài)物質(zhì)中的一種構(gòu)，代表了凝聚態(tài)物質(zhì)的初始狀態(tài)。納米團(tuán)簇的物理、化學(xué)性能既不同于單個原子子，又不同于常規(guī)固體，是各種物質(zhì)由原子分子向大塊物質(zhì)轉(zhuǎn)變的過渡狀態(tài)。傳納米團(tuán)簇有貴金屬納米團(tuán)簇、碳硼烷、富勒烯以及雜多酸（POM）等等。在近年里，金屬硫族超四面體納米團(tuán)簇作為新興的晶態(tài)半導(dǎo)體材料受到了極大的關(guān)注較于傳統(tǒng)的納米團(tuán)簇，，金屬硫族超四面體納米團(tuán)簇以其自身特有的半導(dǎo)體特性在材料方面的應(yīng)用研究中表現(xiàn)出越來越多的優(yōu)勢。例如，大多數(shù)金屬硫族化合物都較寬的帶狀電子結(jié)構(gòu)，其光學(xué)吸收范圍可以從紫外區(qū)跨越到紅外區(qū)。這類半導(dǎo)體
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2546067