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CdSe人工原子吸收谱线展宽的量子限制效应

*通信:

阿尔·亚马尼阿勒颇大学理学院物理系，叙利亚阿勒颇电话:963938386719;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

采用自旋镀膜法制备多层CdSe人工原子体系。采用基于x射线衍射(XRD)展宽线剖面的Williamson-Hall方法，计算了氟掺杂sno2 /CdSe (FTO/CdSe)体系的结构参数。XRD谱分析表明，CdSe纳米颗粒具有六方结构，具有较高的应变，呈沉积层状，具有较多的沉积层压力测定了应变(晶粒尺寸(6.16 Å)、晶格常数C (7.16 Å)、纳米晶体与位错(不规则)之间的有效应变(0.7377)[26.443 × 1020 (lin.m-2)]，并通过分析吸收谱展宽法进行了验证。利用高斯谱线和多普勒展宽线对实验吸收和理论吸收进行拟合，推导出不同的电子跃迁，并研究了粒径对人工原子的影响等展宽曲线。通过更精确的拟合，结果揭示了两种强度线的存在扩散FTO和CdSe人工原子之间的层。

关键字

CdSe;人工原子;XRD谱线增宽;吸收光谱;多普勒展宽

简介

量子点是一种人造的固态结构，它能够将一个或几个电子和/或空穴限制在纳米级的最小电位[1］．一个典型的量子点的大小从几个晶格常数到几微米不等。讨论了应变诱导量子点(SIQD)电子结构和载流子动力学的理论和模型[2］．表面CdSe应力源岛与FTO衬底之间的晶格失配导致QW产生平滑且近似抛物线的应变变形势。由于抛物线变形势，SIQD表现出独特的规则和原子样的光致发光光谱。SIQD原理带图中的弱势垒(肩)是应变诱导带边变形的结果。然而，在一个完整的三维分析，包括压电，这些肩成为叠加压电效应和部分消失。量子点经常嵌入或生长在具有不同弹性常数和晶格参数的其他材料上。在这种情况下，由于晶格不匹配，量子点内的弹性应变已知会影响其电子结构，从而影响其光电特性[3.］．应变可以改变价带和导带，改变带隙，引起载流子和激子的俘获，改变间接带隙簇的振子强度[4]，在某些压电材料(例如III-V类材料)中，甚至会产生电场[5］．虽然主要的影响是由于膨胀应变，轴向和剪切分量可以打破立方对称性(大多数半导体)，并导致轻和重空穴带的分裂。简而言之，应变介导的电子特性控制是一个在体系统和纳米结构的背景下具有相当技术重要性的深入研究课题。评估机械应变对能带结构影响的方法有很多种，从全电子方法到近似从头计算方法，如自一致密度泛函理论(DFT)、经验赝势法(EPM)、紧密结合(TB)和包络函数法(EFM) [5］．

这些材料的一个特别有用的特征是，光学跃迁在与它们之间的间距相当的范围内扩大，这样它们就能在很宽的范围内强烈地吸收光能源的范围内。然而，这一特征使得研究拓宽的起源变得困难，因为很难辨别个体的转变。以前的工作描述了不同半径的ncqd集合的转变。

提高电极与(P或N)之间的传输空穴或电子层的发射光强度和PL光谱效率半导体层。本文研究了室温下[FTO/TiO]的均匀和非均匀光学吸收谱展宽₂研究了(聚苯乙烯)/CdSe(QDs)/PANI/EL] led的量子限制对吸收光谱的影响。利用Williamson-Hall方法，说明了约束对不同层结构的影响。

材料与方法

显微切片，K₂Cr₂O₇用于清洁载玻片，HF(氟酸)，SnCl₂.2H₂O、乙二醇、聚苯胺(PANI)、聚乙烯醇(PVA)、CuCl₂、KI、硒粉、Cd(CH_3.首席运营官)₂.4H₂使用O、肼和去离子水。

FTO/TiO的合成₂(聚苯乙烯)/ CdSe(人工原子)/ EL / Ag)

透明导电氟掺杂氧化锡(FTO)的制备:用K清洗微观载玻片₂Cr₂O₇，然后在稀释的氟酸(HF)中出现10分钟，划伤微观载玻片外表面。之后，显微镜载玻片在电烤箱中加热至500°C。SnCl₂.2H₂O (5 g)溶解于20毫升乙二醇中，每5分钟喷洒在显微镜载玻片上几次₂测量结果是13 Ω到14 Ω。

TiO的制备₂(聚苯乙烯):TiO₂将0.1 M的TiO溶解成(聚苯乙烯)胶体溶液₂加入50毫升乙醇，加热至50°C [6］．

CdSe(人造原子)的制备:用化学溶液法制备了CdSe人工原子。柠檬酸镉(Cd (CH_3.首席运营官)₂.4H₂O)为镉源，硒酸硫酸钠(Na₂SeSO_3.)被选为硒源。将22.8 g柠檬酸镉溶解在100 ml去离子水a溶液中，该去离子水是由12.6 g钠溶解而成的硒化硫酸钠₂所以_3.在100毫升去离子水中，加入硒粉末(7.96 g)加入到先前的溶液中，在70°C回流3小时，红葡萄酒颜色的溶液将出现称为溶液B，溶液A (20 ml)加入到5ml的溶液B，乙二醇(5 ml)，水合肼(5 ml)之前加入。加入1ml NaOH溶液，调整CdSe胶体液至pH 10 [7］．

电解液层(EL)的制备:将PVA粉(5 g)溶于100 ml去离子水中，用磁力搅拌器在70℃下搅拌2 h，将之前的溶液在室温下陈化1 h，称为A. CuCl溶液₂.2H₂将O (5 g)在室温下溶解于100 ml去离子水中，称为溶液B。KI (5 g)在室温下溶解于100 ml去离子水中，称为溶液c。B溶液(10 ml)加入到30 ml溶液A中，室温下持续搅拌1小时。2小时后将C溶液加入到反应容器中，比例为C=KI/CuCl₂(C=10)，再搅拌2小时。崔的生产工艺按以下反应[8]：

FTO/TiO的制备₂(聚苯乙烯)/ CdSe(人工原子)/ EL / Ag):采用旋涂法制备FTO/TiO₂(聚苯乙烯)/CdSe(人工原子)/EL/Ag如图1所示。

结果与讨论

FTO/CdSe体系的XRD谱

采用Philips系统，在20 ~ 80º范围内，利用2θ Cu Kα (λ=1.54056 Å)辐射，记录了FTO/CdSe薄膜的x射线衍射(XRD)谱。图2为XRD谱图，从XRD谱图可以看出CdSe样品本质上是多晶的，所有峰均对应于特定的平面。CdSe人工原子在2θ(度)2θ=29.18°、41.75°、48.75°时所观测到的额外峰最大强度峰分别对应于定向平面(101)、(102)、(112)，2θ= 2θ=25°、35°、37°、52°、62.1°、65.8°时FTO分别对应于定向平面(110)、定向平面(101)、定向平面(200)、定向平面(221)、定向平面(310)、定向平面(301)。

晶格间距d由Bragg公式计算[9]：

对于CdSe人工原子，第一个峰d=3.06 Å， n= 1,2 θ =29.18°。对于FTO，在n= 1,2 θ=25°时，d=3.56 Å

XRD谱图的峰展宽可能是由晶粒尺寸变小、仪器误差和应变展宽等原因引起的_合计=β_v+β_年代+β_米．与目前的情况一样，在扫描过程中已经考虑了适当的预防措施，例如慢扫描速率。因此，观察到的展宽(图2)是由于应变和较小的晶体尺寸，其中它们对峰展宽的贡献是相互独立的。因此，总的展宽可以写成这两个的和为β_总计=β_应变+β_微晶尺寸采用威廉姆森-霍尔方程[10]：

其中ε为材料中存在的有效应变，d为有效晶粒尺寸，λ为x射线辐射的波长，β为半最大值时的全宽度(FWHM)， θ为衍射角。通过绘制β_总计．cos θ是sin θ的函数，纯CdSe人工原子的负斜率，如图所示图3表明晶格中存在有效压应变。CdSe人工原子的有效应变ε1=0.7377。

对于FTO， ε₁= 0.00615。在材料科学中，位错是晶体结构中的晶体缺陷或不规则。位错的存在强烈地影响着材料的许多性质。位错密度δ由公式[计算得到11]：

其中ε为有效应变值，D为晶体尺寸，CdSe人工原子的六方晶格常数为4.29 Å。六方结构的晶格常数C由以下表达式确定[9]：

式中h、k、l表示晶格平面(202)，对应衍射角2θ=56.8°。格常数C接近标准值7.01 Å。表1显示了使用Williamson-Hall计算CdSe人工原子和FTO层的不同参数。揭示了CdSe人工原子的量子约束导致FTO和CdSe的高应变参数。QD载流子限制的深度和大小可以通过改变井和阻挡层的宽度和材料组成来调整。利用一个简单的双带有效质量模型，可以得到SIQD的电子和光学性质的现象学观点。基于全三维多波段包络波函数近似(EFA)的更现实的描述。

表1:XRD谱总结。

电子和空穴的总量子d限制是QW载流子限制的和(垂直约束)和应变诱导的载体约束(横向限制)[12］．图4图中示意图显示了量子阱的导带(a)和价带(b)中如何产生应变诱导的约束势。压应变，由衬底与CdSe (MPA)量子点之间的晶格失配引起。QW使QW导率和大孔带边均匀升高。应变还引起了重孔带和轻孔带的明显分裂。结果表明，与QW相比，应变更倾向于大孔的约束。光洞的限制要弱得多。

对于FTO，六方结构的晶格常数C由以下表达式确定[13]：

其中h, k, l表示晶格平面(101)，对应衍射角2θ=37.52°，对于FTO的六方晶格，a=4.73 Å。

FTO/TiO2(聚苯乙烯)/MPA/CdSe(人造原子)/EL LED的吸收光谱

了解FTO/CdSe基体中展宽线的不同过程，揭示不同展宽类型的FTO/TiO吸收光谱₂(聚苯乙烯)/MPA/CdSe(人造原子)/EL LED采用分光光度计(UV Win5 V5.2.0)进行。吸收光谱图5在波长375 nm和596 nm处有两个峰。

596 nm处的宽吸收光谱与CdSe人工原子的电子跃迁有关，其中最高已占分子轨道(HOMO)来自于Se 4p原子轨道，最低未占分子轨道(LUMO)来自于cd5s原子轨道。这些电子状态强烈地依赖于大小(限制程度)。因为增加长宽比只能减少沿c方向的限制能源水平面对NR长度的敏感程度高于其他水平面，因此会发生水平交叉。对于HOMO能级，由Se 4p组成的能级更依赖于长度，通过增加纳米棒长度;的能源层次会聚成几个层次能源的水平。这是从零维限制(0D)到一维(1D)的过渡，其中沿c轴形成连续带。因此，结合0D和1D限制优势的更通用的纳米电子和光学器件可以使用量子NRs作为构建模块[9]，其中，由于TiO的直接跃迁，在375 nm处产生了吸收峰₂．从图4在300nm处观察到与FTO带间跃迁有关的高吸收峰。导致吸收光谱均匀展宽的原因有很多;量子限制和多重高垒在FTO/TiO的地位₂/CdSe/EL体系和不同大小的CdSe人工原子。

CdSe人造原子led中电子跃迁的均匀展宽

为了保证在FTO/TiO结构中发现的CdSe人工原子的电子跃迁₂/CdSe/EL体系，理论能源电子跃迁的图6．利用高斯分布，对CdSe人工原子的所有理论能量跃迁[14，15),能源的带隙能源TiO跃迁₂利用吸收光谱的实验值。当多普勒展宽占优势时，线谱上的速度分布占优势。在这种情况下，由原子或分子的速度分布给出的实验线谱如图所示[14]：

式中I(λ)为线谱模(线谱最大强度)。

其中T为绝对温度(300k)。表2显示吸收波长峰值的展宽值。

表2:吸收波长、它们的能量、电子跃迁和吸收波长峰的展宽值。

图7显示理论跃迁(用不同颜色表示)，实验吸收光谱。从图7，它被确定为所有层LED结构的实验和理论过渡之间。利用Mathcad程序对LED各层的理论跃迁进行高斯展宽，并与实验吸收光谱进行比较。为了拟合实验吸收光谱和理论吸收光谱:首先，用理论吸收光谱描摹不同的谱线能源FTO和CdSe人造原子的跃迁表1而且图7采用多普勒展宽的高斯形状。

其次，对这些轨迹进行卷积，并与理论曲线进行粗略拟合。图7显示了实验和计算吸收光谱之间的拟合，因为它清楚拟合非常好，但不是100%。图8实验吸收光谱与理论吸收光谱100%拟合。在365 nm处有两个吸收峰。这些小峰是指FTO和CdSe层之间的扩散层吸收。

另外，还应该注意到的是能源不同大小的簇原子分布的展宽、限制展宽和多普勒展宽是导致跃迁的原因。

与量子限制展宽相比，尺寸分布和多普勒引起的展宽比可以忽略不计。

结论

FTO / TiO₂采用自旋包覆法制备了(聚苯乙烯)/CdSe/EL体系。采用Williamson-Hall方法，通过XRD谱研究了这些结构的量子限制效应，得到了晶粒尺寸分布。这更准确地分离仪器和样品展宽效应。它还给出平均长度大小，而不是平均体积大小。吸收谱线的展宽揭示了新的电子跃迁扩散CdSe人工原子和TiO之间的层₂图层显示在表3．有能源理论与理论之间的转换能源CdSe人工原子的跃迁和实验吸收谱线是由于体系层间的量子限制、一层中簇的大小和原子间的相互作用等引起的扩散层间，特别是CdSe人工原子和TiO之间₂层。

表3:理论电子跃迁，展宽能源过渡和它之间的差异(eV)。

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