科研训练报告题目：半导体量子结构的生长方式学生姓名：学院：理学院班级：指导教师：学校代码：学号：2012年09月12日一、国内外研究进展及研究意义1.1国内外研究现状和发展动态半导体量子结构的生产方式有三种，包括量子点、量子线，量子点三种方式，量子点是在把、及在三个空间方向上束缚住的。美国科学家首度利用光将胶状(colloidal)半导体量子点(quantumdot)磁化，且其生命周期远远超过先前的记录。这个结果除了能激发更多基础研究，对于同时利用自旋与电荷的自旋电子元件(spintronics)领域，也是一项重大的进展。直到目前，半导体只能在相当低温下呈现磁性，原因是磁化半导体纳米微粒需要靠激子(exciton)之间的磁性交互作用，但此作用的强度在30K附近就不足以对抗热效应。最近，华盛顿大学的DanielGamelin等人制造出掺杂的纳米微晶，它们的量子局限效应(quantumconfinementeffect)使激子具有很大的磁性交互作用，且生命周期可长达100ns，比先前的记录200皮秒(picosecond,ps)高出很多。研究人员利用光将激子注入胶状纳米微晶中，产生相当强的光诱发磁化(light-inducedmagnetization)现象。华大团队成功的关键在于以磁性锰离子取代镉化硒(CdSe)半导体纳米微晶中的部份镉离子。这些悬浮在胶状溶液中的微晶大小不到10nm，照光时内部产生的强大磁场可将锰离子的自旋完全排正。Gamelin表示，排正的过程非常快，此效应在低温时非常强，且可维持到室温。这要归功于第一次在研究中被观察到的高温磁激子(excitonicmagneticpolaron,EMP)。上述团队舍弃以传统的分子束磊晶法(MBE)，而改用新的化学方法直接合成磁性半导体量子点。Gamelin解释，由于掺质-载子间的交互作用够强，EMP稳定性因而增强超过100倍，所以才能在300K下观察到磁化效应。美国科学家开发出一种新型的电子胶(electronicglue)，能将个别的纳米晶体(nanocrystals)连接在一起。这种电子胶还能用来制作大面积的电子元件和光伏(photovoltaics)元件。利用旋转或浸泡涂布(dipcoating)和喷墨印刷等溶液类制程来制作大面积太阳电池，例如便宜的屋顶太阳能面板，是高成本效益的方法。不过这些技术必须让半导体溶解，以方便做为墨水(ink)使用。半导体纳米微晶是微小的半导体块状物，是制作此类墨水的理想材料。然而，在纳米微晶表面由庞大、绝缘有机分子组成的表面配位基，会阻隔纳米晶体间的电荷转移，造成印刷阵列内的个别纳米微晶彼此连结不佳，这点大大降低了纳米微晶在太阳电池和其它的元件上的应用。最近，芝加哥大学的DmitriTalapin等人开发出一种新的化学材料，能让个别纳米微晶以强连结的方式相互结合成阵列，克服了前述的问题。Talapin表示，他们的方法提供一个材料设计的多功能的平台，将会对电子元件、光伏元件和热电(thermoelectrics)元件的制作带来冲击。另外，此方法提高全溶液(all-solution)元件制作的可能性，让此材料在连续式滚筒(roll-to-roll)制程的应用上增添不少吸引力，例如薄膜太阳能电池的制作。研究人员使用一种名为复合金属硫化物(metalchalcogenidecomplex)的材料，来将胶体状的纳米晶体相互黏合。其配位基较先前使用的有机配位基更为稳定、坚固，而且不会改变纳米晶体的化学性质，还可让纳米晶体间的电荷转移更有效率。Talapin等人确实观察到系统中的导电率有增加的趋势。目前，该团队正在研究如何在实际应用上使用纳米晶体的连接技术，并且调查除了金属硫化物材料外，是否还有其它合适的材料。芝加哥大学已授权EvidentTechnologies公司在热电应用上采用此技术。详见ScienceDOI:10.1126/science.。此外，胶状半导体量子点与软式微影术(softlithography)及喷墨印刷术(in-jetprinting)等常见的制程相容。Gamelin认为胶体可望成为纳米科技在各种元件应用上的新工具箱。量子点的应用非常广泛，因为它们控制的尺寸L反过来控制了当晶体被短波光照时发射光的波长，这些短波光在半导体带隙两端产生电子-空穴对。量子点在溶液中生长，然后以优美方式被包裹，首先保护半导体晶体不与水环境接触，然后进一步包裹并将这个荧光标记连接到想要的组织类型上。半导体(InAs)量子点在一些特定类型激光上有独特的应用。激...