关键词： 量子结构   能隙调控   载流子输运   不同维度材料  

摘要： 随着后摩尔时代的推进,以硅为基础的半导体器件正接近其性能极限.除了不断引入新的器件结构外,设计具有半导体特性的金属量子结构为微电子器件的性能提升提供了全新的解决方案;而打开金属带隙,使其具有栅极可调半导体输运,是实现其应用的关键.以此为目的,自20世纪末以来,多种金属量子结构便逐步被设计与开发,其输运特性的有效调控也被学术界广泛研究.本文回顾了零维量子点、一维纳米线/纳米管、二维材料/人工二维晶格/超导薄膜等不同维度金属量子结构的研究进展;针对这些结构体系,介绍了其各自的能隙调控思想,总结分析了可控输运特性的实现方法与内在机制,对比展示了材料结构的电学性能及应用前景.基于目前报道的研究结果,提出了未来预期的研究方向:开发金属量子结构中输运与自旋关联特性,设计同时传输电荷与自旋信息,且具有栅极可调输运带隙的全金属沟道材料、结构与器件.

关键词： TiO_(2)   量子点   光催化   纳米复合材料   催化机制  

摘要： 近年,光催化技术已被广泛应用于污水处理、CO_(2)还原、制氢等多个领域。在光催化材料中,TiO_(2)由于具有化学稳定性高、来源广泛、价格低廉等优点,应用最广泛。但较宽的带隙及较高的电子及空穴复合效率使TiO_(2)的光催化性能受到极大限制。量子点(QDs)作为一种受量子约束效应影响的纳米尺度粒子,具有载流子易调控和表面位点丰富等优势。因此,研究人员采用不同方法将TiO_(2)与QDs复合,以增强TiO_(2)的光催化性能,获得了系列具有优异光催化性能的QDs/TiO_(2)复合光催化材料。本文主要综述了QDs/TiO_(2)复合光催化材料的研究进展。首先,阐述了QDs/TiO_(2)复合光催化材料的制备方法,并就QDs对TiO_(2)光催化性能的增强机制进行了剖析;然后,总结了QDs/TiO_(2)复合光催化材料在有机污染物降解、制氢及CO_(2)还原方面的应用研究进展;最后,围绕QDs/TiO_(2)复合光催化材料现阶段研究中的关键问题及未来的研究前景进行了展望。

关键词： Haldane模型   拓扑边界态   拓扑量子输运   尺寸效应   拓扑量子器件  

摘要： 为了探索具有特殊几何结构的拓扑量子体系,基于Haldane模型设计了一种具有环形几何结构的陈绝缘体系统,并利用量子输运模拟探究了尺寸效应、杂质效应对该系统边界态的影响.结果显示:很小的环的宽度或导线宽度均会对量子化电导平台造成破坏,平台中被破坏的部分是来自环形几何结构的内圈边界态的贡献,而平台完好的部分展现的都是外圈边界态的电流.由于这种简单的环形结构具有稳定可调节的拓扑边界态,为相关研究提供了一种拓扑量子器件的设计思路与方案.

关键词： 碳量子点   合成   性质   应用  

摘要： 近年来,碳量子点(CQDs)作为一种新型的碳纳米材料,引起了人们广泛的关注。碳量子点除了具有独特而优异的光学性质外,还具有良好的水溶性、生物相容性、低毒性、成本低等优点。发现碳量子点以来,学者们开发了多种合成方法,例如模板法、微波法、水热法、磁控热法等,且因其优异的性质而被广泛应用于生物、环境、能源等相关材料领域。阐明了碳量子点的合成路线、主要性质及其在能源、电子及生物材料中的应用与前景。

关键词： 聚二甲基二烯丙基氯化铵   碳量子点   铈-金属有机骨架材料   修饰电极   富集   差示脉冲伏安法   双酚A   牛奶  

摘要： 制备了粒径约3nm的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)修饰的碳量子点(CDs),通过静电吸附作用将其负载在具有木柴状纳米棒结构的铈-金属有机骨架材料(Ce-MOFs)上制备碳量子点/金属有机骨架复合材料(PDDA-CDs/Ce-MOFs),并滴涂在玻碳电极(GCE)上制备修饰电极,用于富集牛奶中的双酚A(BPA),富集电压为0.3V,富集时间为150s。修饰电极上富集的BPA含量用差示脉冲伏安法测定。结果表明,BPA在修饰电极表面产生的氧化响应电流约为在GCE上的25倍,此氧化过程是一个吸附控制的两个电子和两个质子参与转移的过程;BPA的浓度与其对应的氧化峰电流分别在0.01~5.0μmol·L^(-1)和5.0~50μmol·L^(-1)内呈线性关系,检出限(3S/N)为2.2nmol·L^(-1)。对5.0μmol·L^(-1) BPA标准溶液平行测定6次,所得测定值的相对标准偏差(RSD,n=6)为4.6%;修饰电极在保存7d后和28d后,对BPA的氧化响应电流分别降为初始电流的96.8%和95.4%,表明修饰电极具有良好的重复性和稳定性。用此方法分析了6种牛奶样品,均未检出BPA。对这6种样品进行加标回收试验,回收率为97.4%~105%,测定值的RSD(n=5)为2.1%~4.2%。

关键词： Light-emitting diodes   Perovskite   Quantum dots   Charge balance   Electron transport  

摘要： Perovskite quantum-dot-based light-emitting diodes(QLEDs)are highly promising for future solid-state lightings and high-definition displays due to their excellent color ***,their device performance is easily affected by charge accumulation induced luminescence quenching due to imbalanced charge injection in the *** we report green perovskite QLEDs with simultaneously improved efficiency and operational lifetime through balancing the charge injection with the employment of a bilayered electron transport *** charge-balanced QLEDs exhibit a color-saturated green emission with a full-width at half-maximum(FWHM)of 18 nm and a peak at 520 nm,a low turn-on voltage of2.0 V and a champion external quantum efficiency(EQE)of 21.63%,representing one of the most efficient perovskite QLEDs so *** addition,the devices with modulated charge balance demonstrate a nearly 20-fold improvement in the operational lifetime compared to the control *** results demonstrate the great potential of further improving the device performance of perovskite QLEDs toward practical applications in lightings and displays via rational device engineering.

关键词： 拓扑半金属   磁阻   霍尔效应   量子极限  

摘要： 拓扑物态包括拓扑绝缘体、拓扑半金属以及拓扑超导体.拓扑物态奇异的能带结构以及受拓扑保护的新奇表面态,使其具有了独特的输运性质.拓扑半金属作为物质的一种三维拓扑态具有无能隙的准粒子激发,根据导带和价带的接触类型分为外尔半金属、狄拉克半金属和节线半金属.本文以拓扑半金属为主回顾了在磁场下拓扑物态中量子输运的最新工作,在不同的磁场范围内分别给出了描述拓扑物态输运行为的主要理论.

关键词： pc-LEDs   CdSe/ZnS量子点   CdSexS1-x/CdSe/ZnS量子点   量子阱结构   LSS三相体系-溶剂热法  

摘要： LED（Light Emitting Diode）照明技术因具有使用寿命长、环保节能、绿色高效等优点,而逐步成为照明产业的主流。其中荧光粉转化型LED（pc-LEDs,phosphor-converted LEDs）是实现白光照明的主要方式。但传统荧光粉因成本高、污染性大等而限制了其发展及应用,因此开发新型的荧光材料十分重要。其中量子点因其尺寸可调、激发光谱覆盖范围广、发射光谱窄、荧光性能优异、制备方法多样等优势,成为广大学者研究的首选。本文,以合成可部分替代或取代传统荧光粉的量子点材料为目的。设计新颖的量子阱复合结构的含镉量子点,实现其宽光谱范围内的尺寸可调,改善常规pc-LEDs中红光成分不足的问题,提高其显色性。为此,本文用基于LSS三相体系的溶剂热法制备出了CdSe/ZnS量子点,验证了方案的合理性和可行性。同时进一步设计了CdSexS1-x/CdSe/ZnS量子阱型量子点的结构与合成方案,并讨论了关键实验参数对实验结果的影响,最终成功制得了尺寸可调、分散性好、稳定性高的量子点复合材料,并用于pc-LEDs的封装当中。具体工作要点如下:（1）以乙醇和油酸构成液体L（Liquid）相,油酸钠构成固体S（Solid）相,含反应物离子的水溶液和乙醇混合构成溶液S（Solution）相,共同构成LSS三相体系。同时溶剂热实现了温度从140℃-200℃,反应时间从2h-11h的可控合成。（2）波长可调的CdSe/ZnS核壳型量子点的合成及其性能表征。利用基于LSS三相体系的溶剂热法成功合成了CdSe/ZnS核壳型量子点,验证了实验的合理性,获得了可重复性的实验结果。通过实验参数优化,实现了540nm-600nm范围内的量子点发光波长可调。通过透射电子显微镜、荧光分光光度计等测试手段,对合成的量子点产物进行了有效的物理特性表征。（3）波长可调的CdSexS1-x/CdSe/ZnS量子阱型量子点的合成及其性能表征。设计了CdSexS1-x/CdSe/ZnS量子阱型量子点,利用基于LSS三相体系的溶剂热法,并通过成分调控,成功制得了CdSexS1-x/CdSe/ZnS量子点,实现了540nm—700nm范围内的发光波长可调。此外通过实验参数（包括药品用量、温度、时间）优化,得到了对实验结果产生影响的规律结论。同时,测试表征得到了粒径尺寸为11.26±5.91nm,发射光主波长为670nm,半高宽为50nm的CdSe0.1S0.9/CdSe/ZnS量子点。（4）基于量子点复合材料的pc-LEDs的封装与测试。利用制备的量子点,成功实现了白光、红光发射,改善了器件红光成分不足,提高了其显色性。

关键词： 锡掺杂钙钛矿量子点   界面层   钙钛矿光电池   载流子输运   光电转换效率  

摘要： 本文针对基于碳电极的无空穴传输层钙钛矿光电池中空穴输运性能受限、钙钛矿/碳电极界面的载流子复合较多以及钙钛矿表面缺陷密度较大等问题,提出使用能级可简易调控且具有自p型掺杂效应的锡掺杂钙钛矿量子点作为界面层来对钙钛矿表面进行优化,并研究量子点不同掺Sn量对钙钛矿光电池性能的影响。论文的主要研究成果如下:（1）基于CH3NH3Pb I3（MAPb I3）钙钛矿/致密Ti O2p-n结构建了钙钛矿光电池的一维物理模型。通过求解钙钛矿中电中性p区和由MAPb I3/量子点同型异质结所形成的空间电荷区的一维稳态连续性方程,可以得出:量子点的掺Sn量越大,受主浓度越大,这将减小同型异质结势垒和量子点/碳电极界面的接触电阻,从而减少钙钛矿背表面的载流子非辐射复合。（2）采用了一种不需要完全真空和惰性气体环境的混合加热法制备了锡掺杂钙钛矿量子点,研究了掺Sn量对量子点形貌、结构、带隙以及价带能级的影响。结果表明:随着掺Sn量的增大,量子点的形貌与尺寸不会发生明显变化。但（200）晶面的间距逐渐减小,这意味着量子点的晶格收缩,禁带宽度也随之增大。同时,量子点的相变过程随掺Sn量的增加而加剧,使得量子点的价带顶能级呈现先上升后下降的趋势。（3）研究了CsSn0.1Pb0.9I3、CsSn0.2Pb0.8I3、CsSn0.3Pb0.7I3量子点对钙钛矿光电池光伏性能的影响。结果表明:CsSn0.2Pb0.8I3量子点的加入能够显著提升钙钛矿光电池的短路电流和开路电压,使其光电转换效率从12.80%提升至14.22%。这是因为经过量子点的界面修饰后,钙钛矿背表面附近的空间电荷区宽度减小,使得载流子输运性能提升。随后用wx AMPS仿真得到的光伏特性参数、入射单色光子-电子转化效率谱和内建电场分布验证了上述实验结果。综上所述,本论文首先从理论上分析了锡掺杂钙钛矿量子点对载流子输运的影响,为后续分析奠定基础。然后采用一种简易的混合加热法制备了锡掺钙钛矿量子点,并研究了不同量子点多方面性能的差异。最后基于上述量子点的特性,并结合实验所得数据,分析了不同锡掺杂钙钛矿量子点对钙钛矿光电池光电性能的作用。结果表明:利用CsSn0.2Pb0.8I3量子点对钙钛矿的表面改性能够有效提升钙钛矿光电池的光电转换效率。

关键词： 深紫外发光二极管   复合最后一层量子垒   光输出功率   Mg掺杂   金属有机化合物化学气相沉积  

摘要： AlGaN材料作为第三代半导体材料,在深紫外发光二极管（Deep ultraviolet-Light emitting diodes,DUV-LEDs）等光电子器件领域具有非常广泛的应用前景。目前,大多数的AlGaN基UV-LED均为生长于c（0001）面蓝宝石衬底上的极性材料。对于极性AlGaN基UV-LED而言,AlGaN材料内部虽然存在量子限制斯塔克效应,但是可以通过提高AlGaN材料的晶体质量、优化掺杂和量子结构、以及改进UV-LED的器件制作工艺等方法,来弥补这一效应所造成的负面影响。本论文利用金属有机化合物化学气相沉积技术,成功制备出发光波长为275 nm的DUV-LED全结构芯片,并且通过引入Mg掺杂的复合最后一层量子垒（Composite last quantum barrier,CLQB）,系统地研究了CLQB的引入以及Mg掺杂量对DUV-LED光输出功率的影响,成功将DUV-LED的光输出功率提高了近30%。本论文的主要研究内容和成果如下:1.详细地介绍了HT-AlN缓冲层生长工艺的优化调节,并通过优化HT-AlN缓冲层生长的温度和Ⅴ族源与Ⅲ族源摩尔流量之比（Ⅴ/Ⅲ比）,成功制备了晶体质量和表面形貌较好的缓冲层,为后续生长DUV-LED全结构芯片奠定了基础。2.在HT-AlN缓冲层的基础上,利用MOCVD外延生长技术,采用非掺杂AlN/Al0.55Ga0.45N SL结构作为应力释放和位错过滤层,以降低外延层中的应力和穿透位错密度,成功制备出发光波长为275 nm的具有传统u-LQB的DUV-LED全结构芯片。并且创新性地引入p-CLQB,深入研究了p-CLQB的引入对DUV-LED光输出功率的影响。研究发现,适量Mg掺杂水平的p-CLQB有利于增加DUV-LED的光输出功率,但过量的Mg掺杂则会引起与杂质相关的缺陷数量激增,产生子带寄生发光,导致光输出功率的显著降低。3.在引入CLQB的基础上,改变CLQB中Mg的掺入量,采用光致发光（Photoluminescence,PL）光谱、电致发光（Electroluminescence,EL）光谱等表征手段,分析研究了Mg的掺入量对光输出功率的影响。成功在使用优化的Mg掺入量下,制得了输出功率较高的DUV-LED。例如在40 m A的注入电流下,与未插入p-CLQB的样品相比,具有优化的p-CLQB的AlGaN基DUV-LED的光输出功率增加了约30%。