Оптические и фотоэлектрические свойства композитных структур на основе пористой матрицы SnO2 и гетероэпитаксиальных нанокристаллов CdSe/CdS

• Автор: Дроздов, Константин Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литературный обзор. Полупроводниковые нанокристаллы: структура и свойства

1.1. Особенности энергетического спектра низкоразмерных систем. Синтез коллоидных нанокристаллов

1.1.1. Размер нанокристалла

1.1.2. Внутризонные переходы

1.1.3. Поверхность нанокристалла

1.1.4. Стабильность оптических свойств

1.1.5. Синтез коллоидных нанокристаллов

1.2. Гетероэпитаксиальные нанокристаллы типа ядро/оболочка

1.2.1. Гетероэпитаксиальные нанокристаллы

1.2.2. Деформация

1.3. Структуры с гетероэпитаксиальными нанокристаллами
1.3.1. Генерация фотовозбужденных носителей заряда в нанокристаллах
1.3.2. Перенос носителей заряда из нанокристалла в матрицу
1.3.3. Пористая поликристаллическая матрица оксида
1.4. Проблематика и постановка задачи
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Экспериментальные установки
2.2. Исследованные образцы
2.2.1. Коллоидные квантовые точки СбБе
2.2.2. Гетероэпитаксиальные нанокристаллы СбЭе/СсН
2.2.3. Пористые пленки диоксида олова
2.2.4. Структуры на основе пленок ЯпОт с внедренными нанокристаллами

Глава 3. Электрофизические и оптические свойства структур БпОг с квантовыми точками СсКе
различного размера
Глава 4. Электрофизические и оптические свойства структур БпОг с квантовыми точками
Ссйе/Ссй с различной толщиной оболочки СбБ
Основные результаты и выводы
Список литературы
Введение
Актуальность
Композитные структуры на основе пористых полупроводниковых пленок являются перспективными материалами для создания солнечных батарей, фотодетекторов и газовых сенсоров. Адсорбция молекул в пористых оксидах оказывает существенное влияние на электронные и оптические свойства всей системы. Данным процессом можно управлять, осаждая на поверхность оксида молекулы или нанокристаллы с известными свойствами [1]. Одним из многообещающих вариантов является создание структур с квантовыми точками. Квантовые точки ((^Э) - это полупроводниковые нанокристаллы с характерными размерами порядка 10 нм, свойства которых существенно отличаются от свойств объемного материала такого же состава [2, 3] - электрон в таком микрокристалле ведет себя как электрон в трёхмерной потенциальной яме. При этом взаимное расположение энергетических уровней в квантовой точке может быть оптимизировано под конкретные задачи за счет варьирования элементарного состава [4, 5] и размера [6, 7] нанокристалла, а также создания композитных структур различного типа [2
Методы синтеза нанокристаллических соединений А2В6 (С(18е, СсГГе, СйЭ и ZnSe) и А3В5 (1пР и 1пАз) разработаны довольно давно [9, 10]. На данный момент наиболее простым и отработанным является процесс синтеза квантовых точек элементов группы А2В6. Стабильность, размерно-зависимые оптические свойства, простота и относительная дешевизна синтеза позволяет рассматривать квантовые точки в качестве основы нового класса функциональных материалов: диодов [3, 11, 12], лазеров [3, 13], солнечных батарей и фотодетекторов [3, 14, 15], одноэлектронных транзисторов и наноразмерных элементов памяти [3, 16] с параметрами лучшими, чем у существующих в настоящее время. Квантовые точки также могут найти свое применение в медицине и биологии в качестве флуоресцентных маркеров, позволяющих детектировать процессы, происходящие в клетке [3, 17]. В группе А2В

нанокристаллы показано, что дырки в гетероэпитаксильном кристалле СбБе/СёБ локализованы в ядре).
Туннелирование электронов из точки в матрицу будет эффективным, если край зоны проводимости в матрице будет расположен ниже нижнего первого электронного уровня в квантовой точке. В соответствии с моделью, представленной в [55, 56] и подтвержденной экспериментально в [57], увеличение энергетического зазора между краем зоны проводимости матрицы и нижним электронным уровнем в нанокристалле приводит к увеличению скорости (рис. 1.12) и амплитуды инжекции носителей заряда в матрицу.
На основе представленных в литературе данных совокупности условий, изложенных в настоящем параграфе, удовлетворяют пористые матрицы ЪлО [58, 59], ТЮг [60, 61] и 8п02 [62, 63]. При этом матрица диоксида олова представляется структурой с наибольшим потенциалом [57].
В данном разделе также необходимо указать негативное влияние увеличения размеров нанокристалла на эффективность переноса носителей в матрицу (см. 1.3.1. Генерация фотовозбужденных носителей заряда в нанокристаллах). Вследствие туннельного механизма транспорта, область нанокристалла (IV, для которой вероятность перехода электрона в проводящую среду будет наибольшей, связана с линейными размерами нанокристалла как:
<1У~с11, (8), где
При этом вероятность рождения электрон-дырочной пары, а также ее рекомбинации в единице объема в самом нанокристалле остается неизменной. При сравнении эффективности инжекции от единичных нанокристаллов различного размера при неизменной концентрации оптимальным выбором будут нанокристаллы наименьшего размера.