过渡金属掺杂量子点的制备及发光性能研究

Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点由于其独特的光学性质和潜在的应用价值而越来越受到人们的重视。由于量子限域效应的存在，通过精确地控制纳米晶的尺寸、形态等就可以对其光学性质进行调控，光谱调节的Cd Se量子点被广泛研究并且应用到诸多领域。除此之外，通过掺杂不同离子的方法也可以有效调节量子点的性质。前面介绍了几种稀土掺杂的量子点，本章主要研究过渡金属掺杂量子点。

过渡金属掺杂量子点是在单纯的量子点基质材料中引入过渡金属离子杂质形成的复合型量子点，掺入量子点基质晶格中的杂质离子会产生新的电子能级或对母体的电子能级产生微扰，形成新的电子—空穴复合中心，从而使掺杂型量子点有全新的光学性质。欧盟通过《电子电机设备中危害物质禁用指令》(Ro HS，Restriction of the use of certain hazardous substance in electrical and electronic equipment)，自2006年7月1日起禁止在电子产品中使用镉(Cadmium)等物质。所以，开发出新型的量子点材料是十分必要的。在众多新型材料上，过渡金属掺杂Zn的硫系化物量子点具有安全、稳定的特点。

目前研究较广泛的过渡金属掺杂型量子点包括Zn S∶Mn量子点，掺杂Mn离子在Zn S内部形成的能级为电子和空穴提供了新的复合中心，导致出现全新的荧光发射。N.Bhargava等最早发现Zn S∶Mn纳米晶的荧光效率要高于其体相材料，荧光寿命由原来的毫秒缩短为纳秒级［1］。这一新发现引发了人们的研究兴趣，但很多后续工作显示Zn S∶Mn纳米晶的荧光寿命仍然在毫秒范围内。目前已经应用多种方法制备了Zn S∶Mn纳米晶［2-4］。另一种重要的过渡金属掺杂量子点为Zn S∶Cu量子点，体材料的Zn S∶Cu已经成为一种重要荧光材料，曾经观察到的Zn S∶Cu发射紫外、蓝色、绿色、红色和红外的荧光，并应用于CRT［5］。此后Zn S∶Cu纳米晶被制备出且对其光致发光性能进行了研究［6，7］。在制备方面，通过增加硫配体［8］和尿素等方法提高Zn S∶Cu纳米晶的发光性能［9］，通过调节反应温度来调节Zn S∶Cu纳米晶的形貌及发光性能［9］，通过共掺杂卤素或铅来提高Zn S∶Cu纳米晶发光性能［11］。由于Zn S∶Cu纳米晶的发光性能有待进一步提高，制备高分散、发光性能优良的Zn S∶Cu量子点是研究的方向。本章介绍如何制备高分散的Zn S∶Cu量子点并通过共掺杂Al提高Zn S∶Cu量子点的发光性能，并进行光谱调控。体材料中Zn S:Cu，Al已经被应用于发光器件中［12，13］。