PDF《铁电体 - 半导体量子点复合材料 3》

3 国家自然科学基金及教育部优秀年轻教师基金资助项目

1998 -

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30 收到初稿 ,1999 -

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01 修回 研究快讯 铁电体 - 半导体量子点复合材料

3 周济(清华大学材料科学与工程系 北京 100084) 摘要铁电体基纳米复合材料作为一类新型功能材料 ,提供了一系列 高介 - 高场 调制的介观系 统.

文章介绍了这一领域的最新研究进展 ,并重点报道了一类新型铁电体基纳米复合材料 ― ― ― 铁电体半 导体量子点复合材料的制备与光学性质 ,该材料在新型电致发光元件及量子点激光器件中有着很好的 应用前景. 关键词 半导体量子点 ,铁电体 ,纳米复合材料 FERROELECTRIC COMPOSITES WITH EMBEDDED SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS Zhou Ji ( Department of Materials Science and Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084) Abstract Ferroelectric based nanocomposites are a new class of mesoscale functional materials which have a high dielectric constant and high electric field. Recent progress in this research area is reviewed briefly ,and a novel ferroelectric composite with embedded semiconductor quantum dots ,in2 cluding its preparation and optical properties ,is reported. This material has promising applications in new electroluminescent devices and quantum dot lasers. Key words semiconductor quantum dots ,ferroelectrics ,nanocomposites 近年来 ,以铁电体为基的纳米复合材料(如 铁电体 - 金属纳米微粒复合材料) 引起了研究 者的兴趣. 最近 ,一些研究者在铁电体 - 金属纳 米微粒复合材料中发现了一些新的实验现象 , 如超高介电常数[1 ] 、 基体介电常数对金属微粒 吸收光谱的调制作用[2 ] 以及金属微粒对铁电 薄膜二次谐波产生的增强作用[3 ] 等. 与一般嵌埋型纳米复合材料不同 ,在这类 材料中 ,基体材料不仅为纳米相 (微粒或团簇) 提供了一种支撑 ,以使纳米微粒或团簇体系器 件化或稳定化 ,也为纳米微粒或团簇提供了一 种特殊的物理环境. 由此构成了一类新的物理 系统 ― ― ― 高介 - 高场 调制的纳米介观系统. 作为一类十分特殊的电介质 ,铁电体通常 具有相当高的介电常数和介电强度. 将纳米微 粒(团簇) 嵌埋于高介电常数的铁电体之中 ,基 体将对纳米弥散相产生一系列调制作用 :首先 , 高介电常数的环境将影响纳米相界面附近的电 场状态 ,进而影响其电子结构及能带特征 ,使纳 米体系的物理性质发生一定程度乃至根本性的 改变 ;

其次 ,高介基体也将使纳米相周围的界面 状态发生很大变化 ,导致与界面相关的各类元 激发能量及其相关的表面 - 界面性质发生改 变 ;

此外 ,高介基体在外场作用下 ,其内部能够 ・

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28 卷(1999 年)

6 期?1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 产生相当强的局域电场 ,因此嵌埋其中的纳米 微粒有可能受到高场作用.不难看出 ,铁电体 基纳米复合材料作为一类新型功能材料和物理 系统 ,蕴藏着许多新的物理信息和可资利用的 功能. 最近 ,作者首次制备出了一类新型铁电体 基纳米复合材料 ― ― ― 铁电体 - 半导体量子点复 合材料 BaTiO3/ CdS ,并对这类材料的光致发光 性质进行了初步研究 ,同时提出了利用这类材 料构造新型电致发光元件的设想[4 ] . 材料的制备采用溶胶 - 凝胶 (sol - gel) 法. 钛酸四丁酯以 1Mol/ L 的浓度溶于乙二醇独乙 醚中 ,醋酸钡以相同浓度溶于冰醋酸中 ,分别进 行超声振荡均匀. 两者等体积混合 ,再进行超声 振荡均匀 ,使之充分反应 ,得到 BaTiO3 前驱体 溶液. 同时 ,利用硫脲和醋酸镉在水溶液中反应 生成的 CdS 悬浮液作为水解液 ,滴入 BaTiO3 前驱体溶液. 通过溶液浓度、 p H 值及反应的控 制 ,可以制备出具有一定粘度的复合前驱体溶 胶 ,利用匀胶机在 SiO2 基片表面上甩出前驱体 凝胶膜 ,再经过烘干和热处理 (700 ℃ ) ,即获得 了BaTiO3/ CdS 复合薄膜. X 射线衍射结构分 析表明 ,薄膜中 BaTiO3 和CdS 两相均已形成 , 其中 CdS 微粒的衍射呈现较弱的宽带 ,表明微 粒尺寸较小 ;