目前位置:主选单>中心公告

厘清量子点薄膜的电荷捕捉机制

公告类型: 纳米新知
点阅次数: 525
 

 欧洲科学家日前首度透过实验勘测出半导体量子点(Quantum Dot)薄膜能隙中的电荷捕捉态密度。此研究显示电子被捕捉在材料价带(valence band)附近,与理论值计算相符。研究结果可望有助于设计、制造出更优良的量子点元件,例如太阳电池、LED与热电装置。

电荷捕捉指的是电子与电洞被困在缺陷中,此现象会发生于任何胶体量子点系统,并影响胶体量子点装置的效能,造成重大问题。电子与电洞一旦被缺陷所捕捉,即无法穿透该材质。换言之,电荷的迁移率因此打折,对装置的电子特性带来负面影响。

截至目前为止,研究人员都以钝化量子点表面的方式(例如使用有机配位体)让表面缺陷结构失去捕捉电荷的能力。但这些配位体很容易由表面剥落,几乎不可能彻底钝化量子点。此外,电荷捕捉的物理与化学过程很困难彻底厘清,而量测量子点能隙中的能带密度的实验又极为鲜少。

最近荷兰台夫特科技大学、乌特勒支大学以及西班牙 Donostia 国际物理研究中心的研究人员 Arjan Houtepen 等人已成功量测出碲化镉(CdTe)量子点薄膜能隙中所有陷阱态的密度。研究人员结合了两种技术:先以电化学方式控制薄膜中的费米能阶(Fermi level),以控制材料能隙中陷阱态的填充状况,接著使用超快瞬态吸收与时间解析光致发光能谱术,量测薄膜中电子与电洞的生命周期。

Houtepen 表示,他们发现非常接近材料价带的电子陷阱。而密度泛函理论(density functional theory)计算也证实了此发现。他们也发现唯一能解释电子如何被这些陷阱所捕捉的只有欧杰介导过程(Auger-mediated process);该理论解释了为何在碲化镉量子点当中,电洞被捕捉的速率比电子慢一个数量级。

由于捕捉速率与陷阱数成正比,该团队得以检视价带到传导带之间的费米能阶,并勘测出整个能隙内的陷阱态密度。研究人员目前正在尝试永久掺杂量子点薄膜,并利用分子还原与氧化剂试图将米能阶固定在量子点能隙中的不同能量上,以便控制陷阱的填充状况、增加升量子点薄膜的功能。详见近期出刊的Nano Letters | DOI:10.1021/acs.nanolett.5b00050


原始网站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1032
译者/译者服务单位:洪士杰/纳米科学网特约译者   责任编辑:蔡雅芝
发布日期: 2015/06/05
发布人员: 王芊桦