Формирование и применение квантовых точек

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        1

1.        Классификация квантовых точек        3

2.        Синтез коллоидных квантовых точек        4

3.        Стабилизация коллоидных квантовых точек        7

4.        Преимущества и проблемы метода        9

5.        Модификация коллоидных квантовых точек        10

6.        Применение квантовых точек        15

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ        20

ВВЕДЕНИЕ

        Основным параметром полупроводникового материала является значение ширины запрещенной зоны Eg. Способность варьировать энергетический зазор материала определяет возможности изменения его электронных и оптических свойств. В течение второй половины ХХ в. необходимой величины энергетического зазора добивались усложнением компонентного состава полупроводниковых материалов: от бинарных соединений групп AIIIBV, AIIBVI, AIVBVI и др. к трех- и четырехкомпонентным твердым растворам.

[pic 1]

Рисунок 1. Зависимость спектра плотности электронных состояний от пространственной размерности полупроводника

        Со временем на смену этой парадигме пришли низкоразмерные материалы, в которых изменение энергетического зазора осуществляется за счет пространственного ограничения материала в одном, двух или одновременно трех пространственных направлениях – соответственно 2D- (квантовые ямы), 1D- (квантовые нити) и 0D-материалы (квантовые точки) (рисунок 1). Аналогично тому, как волны различной физической природы, возбуждаемые в конечном объеме, имеют строго определенную частоту, ограничение движения носителей заряда приводит к дискретности энергетического спектра – уровням разрешенных состояний. При критическом уменьшении размеров полупроводника в одном пространственном направлении непрерывный спектр плотности электронных состояний становится ступенчатым (рисунок 1). Лишаясь второй степени свободы, полупроводник проявляет пикообразный спектр плотности состояний. Наконец, материал, ограниченный в трех пространственных направлениях, в силу сходства спектров плотности состояний со спектром отдельного атома (набор δ-функций), называют искусственным атомом или квантовой точкой. Термин «квантовая точка» был введен в 1988 г. Ридом  при рассмотрении физических свойств структур, которые могут быть получены при литографии высокого разрешения. Хотя с позиций геометрии термин «квантовая точка» не является приемлемым, так как частица имеет конечный размер и трехмерную структуру, в физике, где распространено модельное понятие «материальная точка», он допустим, и одновременно отражает очень малые размеры частицы и квантовую природу изменения ее энергетического спектра. Таким образом, квантовая точка (КТ) – частица полупроводникового материала, обладающая зависящим от размера энергетическим спектром. Одна КТ может состоять из нескольких сотен атомов, поэтому квантовые точки занимают промежуточное положение между твёрдыми телами и отдельными атомами. Типичные размеры КТ составляют 1 – 100 нм, однако эти пределы существенно зависят от электронных свойств материала и структуры частицы. Эффект квантового пространственного ограничения обусловил широкое применение КТ в различных сферах. Меняя, например, размеры и химический состав КТ, изменяются и их оптические свойства. Так можно получить спектры излучения квантовых точек в широкой области волн: весь видимый диапазон, иногда инфракрасную и ультрафиолетовые области.