半导体纳米晶体的微光致发光光谱研究

半导体纳米晶体是微纳系统集成的重要材料。与有机光发射器相比，它们有几个优点，其中包括优良的化学稳定性和较窄的发射波段。然而，纳米晶体不仅在发光方面很重要，而且在利用其对电场和电荷的敏感性的纳米传感应用方面也很重要。万博电脑网页版登录本文给出了硒化镉纳米晶体光致发光随外加电压变化的表征结果。

图1。共聚焦微光谱设置的示意图。

近几十年来，半导体纳米晶体，即所谓的量子点，在细胞成像荧光标记、发光器件或探测器等各种应用方面获得了越来越多的吸引力。万博电脑网页版登录与有机光源相比，量子点有几个优点。这些特点是高化学稳定性、窄发射波段和仅通过改变纳米颗粒的大小就可在宽光谱范围内调整发射波长的可能性。这是将这些发射器集成到微系统的一大好处，因为可以避免不同有机材料之间的不兼容。另一方面，纳米晶体对电场和电荷非常敏感，这使得它们具有纳米传感应用的吸引力万博电脑网页版登录

电荷可以通过俄歇自电离在纳米晶体内部产生，也可以从粒子外部注入。在这两种情况下，量子点核心内额外的离域电荷导致激子的非辐射重组。因此，从各自的电离粒子的光发射发生完全抑制，这可以观察到量子点系综的时间依赖性光致发光漂白。基于这一效应，我们目前开发了材料集成传感器，用于轻量级结构上的机械过载的大面积检测、存储和光学可视化。

用于电荷注入实验的样品在ito镀膜玻璃基板上有几层。这些层对于确保将电荷注入半导体量子点的正确能级是必要的。将标称发射波长为610 nm的CdSe/ZnS核/壳量子点嵌入PMMA基体中，以提高纳米晶体内电荷的存储条件。

这些层从底部依次堆叠:ITO阳极，空穴传输层(N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-二苯基联苯胺，TPD)，纳米晶体-聚合物复合材料，溅射铝阴极。采用自旋镀膜技术制备了空穴传输层和复合层。每层厚度在100 nm左右。所有的化学物质都是从Sigma Aldrich获得的。

图2。CdSe/ZnS纳米晶体的光致发光光谱系列。

用时间分辨共聚焦显微光谱法对样品进行了光学表征。荧光特性测量采用自制装置(见图1)，该装置基于三光栅单色仪(Andor Shamrock SR-303i-A)，附带CCD (Andor Newton DU920P-BR-DD)。量子点光致发光由475 nm波长的固态激光器(B&WTek Inc.)激发，由63x 0.75 N. a .蔡司物镜采集，并成像到单色仪的入口狭缝上。

电特性是使用源表(型号2410，基思利仪器公司)进行的。通过施加0.5伏/秒斜率的电压斜坡来分析样品。每秒钟测量样品电流并记录光致发光光谱。联合光电设置使电流/电压与量子点的荧光信号相关联。

使用描述的共聚焦设置，研究了CdSe/ZnS量子点在复合层施加外部电压时的光致发光。应用电压从0到41伏扫描82秒，并在此水平保持恒定318秒，同时记录光致发光。量子点光致发光光谱的典型系列如图2所示。

首先，纳米晶体荧光大致保持恒定，直到电压达到20 V。随着电压的增加，样品的发光逐渐降低。我们把这种效应归因于粒子中有效的电荷注入。

图3。积分量子点荧光和光谱位移的时间演化。

一般来说，荧光还原归因于纳米晶体内离域电荷的存在。各自粒子中的电荷导致后续产生的激子的非辐射重组，从而产生有效的荧光抑制。但有必要指出，根据上述机理，只有一种电荷，即电子或空穴，可以注入到粒子中。显然，这个条件很好地证明了所选的材料和层设计。

外部施加电压对纳米晶体荧光的影响在图3中得到了更详细的评估。这里显示的是量子点发射带的光谱中心的集成荧光痕迹。两个信号都有很好的相关性。纳米晶体的发射随着强度的降低，稳定地向红色光谱范围移动。渐渐地，越来越多的粒子被电离，而一些纳米晶体保持中性并不断发射光子。重组的激子受到周围带电粒子电场的影响，由于斯塔克效应，导致光谱向红色偏移。

400秒观察时间后，关闭施加电压，量子点荧光再次记录120秒。光致发光立即得到一定程度的恢复，光谱偏移也减小。这两个观测结果都表明，至少对量子点集合的某一部分来说，电离粒子的电荷会相当快地“逃逸”出去。最近的测量表明，聚合物基质在贮藏条件和贮藏时间方面起着至关重要的作用。目前，样品设计不断改进，以达到更高的光学对比度和更长的存储时间。

研究了电场和电荷对半导体纳米晶体光致发光的影响。由于它们对电荷敏感，因此在传感器应用方面具有很高的潜力。万博电脑网页版登录以PMMA作为量子点的主体材料，其明暗状态的光学对比度约为1:10。结合光致发光还原，确定了复合材料层充电引起的发射光谱红移。此外，在关闭施加的外部电压后检测到荧光恢复。通过对荧光信号的外推，我们可以估计到到达原始强度值的几个小时的时间。