CdSe/CdS核/殼納米線的製備及光學性質研究
研發設計
作者：趙輝
摘要：CdSe、CdS是重要的II-VI族納米半導體化合物，具有較大的禁帶寬度和激子束縛能，以寬帶隙半導體CdS為殼層包覆窄帶隙半導體CdSe核層，使表麵缺陷減少，從而提高核層的熒光量子產率。文章對CdSe/CdS核/殼納米線進行了製備，並探尋了CdSe/CdS核/殼納米線的光學性質，為納米材料在光學、光子學方麵的應用奠定了基礎。
關鍵詞：CdSe；CdS；納米線；半導體；核殼結構；光致發光 文獻標識碼：A
中圖分類號：TN304 文章編號：1009-2374（2015）23-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.008
Ⅱ-VI化合物半導體是直接帶隙寬禁帶半導體，具有非常好的電子和光學性質，在光電器件方麵有著廣泛的應用價值，吸引了許多研究者的興趣。CdSe、CdS是重要的Ⅱ-VI族納米半導體化合物，具有獨特的物理化學性質，有著優良的光學、電學、熱學等性能，在光吸收、光致發光、光電轉換、非線性光學、光催化傳感器等方麵有著廣闊的應用前景。以寬帶隙半導體CdS為殼層包覆窄帶隙半導體CdSe核層，兩種不同帶隙的化合物具有相近的晶體結構，使殼層在核層表麵的定向生長成為可能，並使表麵缺陷減少，從而提高核層的熒光量子產率，增強光穩定性。本文將物理和化學等實驗方法結合，對CdSe/CdS核/殼納米線進行製備，目的是尋找更加簡單易操作的製備方法，探尋CdSe/CdS核/殼納米線的光學性質，為納米材料在光學、光子學方麵的應用奠定基礎。
1 CdSe/CdS核/殼納米線的製備方法
CdSe/CdS核/殼納米線是在溫度可控的高溫管式爐中采用兩次升溫化學氣相沉積（CVD）的方法獲得的。所采用的實驗裝置，主要包括以下五個部分：（1）水平管式加熱爐；（2）石英管；（3）移樣棒；（4）氣體供應裝置；（5）尾氣處理裝置。
製備過程主要包括以下步驟：
第一，切割好矽片（7mm×5mm）分別用丙酮、去離子水和無水乙醇在超聲波清洗器中清洗10分鍾；第二，用氮氣將清洗好的矽片吹幹；第三，放入小型離子濺射儀中鍍金，得到約20nm厚金層的矽片作為收集樣品的襯底。
第一，以CdSe、CdS粉末分別作為核層和殼層蒸發源，放入不同瓷舟中；第二，將裝有CdSe粉末的瓷舟放入石英管中，並置於管式爐的中心溫區。在石英管的上遊，裝有CdS粉末的瓷舟置於管式爐之外。在石英管的下遊，放3～5片鍍金的矽片，第三，通入氬氫混合氣，1小時後將管式爐升溫加熱至950℃，氣流量為20sccm，恒溫2小時生長成核層的CdSe納米線後，使用一根帶勾的鐵棒將裝有CdSe粉末和CdS粉末的瓷舟位置進行交換，再將管式爐的溫度降至750℃，蒸發CdS粉末，使CdS蒸汽緩慢的沉積在已生長的CdSe納米線表麵形成CdS殼層，恒溫1小時後在氬氫混合氣的氣氛中冷卻到室溫，在矽襯底表麵沉積有一層棕黃色物質。
2 CdSe/CdS核/殼納米線的光學性質
在室溫下用顯微共聚焦熒光係統對CdSe/CdSe核/殼納米線異質結構的發光性質進行了研究，采用波長為405nm的半導體激光作為激發源。單根CdSe/CdS核/殼納米線的PL光譜圖，在圖中可以看到兩個分立的強度很強的發光峰，短波段位於515nm處，為綠色發光峰，長波段位於709.5nm處，為紅色發光峰。綠色發光峰為CdS的帶-帶發射峰，對應的帶隙與CdS的能帶寬度（Eg=2.4eV）一致，而紅色發光峰為CdSe的帶-帶發射峰，對應的帶隙（大約1.75eV）與CdSe塊材的能帶寬度（1.7eV）相比增大了0.05eV，原因可能是由量子限域效應引起的發光峰藍移。此PL光譜圖說明我們製備所得的樣品為CdSe/CdS核/殼結構的納米線。