胶体合成半导体异质结构纳米晶及单个纳米晶的光电性能研究

Semiconductor nanocrystals have been studied extensively due to their excellent physical properties and potential applications. Investigating properties of single semiconductor nanocrystal and its capable of constructing nanodevice is a hot topic, but controllable assembling single nanocrystal into electrodes with nanogap is a very difficult work, which extremely hinders us from well understanding the physical mechanism of single semiconductor nanocrystals. In this proposal, we will focus on the semiconductor with heterostructure synthesized by colloidal chemical methods,micro/nanofabrication technique will be used to fabricate electrodes with nanogap, and then the nanocrystal will be assembled in to nanogap by using dielectrophoresis process. The electrical and optical properties will be studied systematically. The objects of this proposal are: 1. the effect of dielectrophoresis parameters on assembling results, 2.the electrical and optical properties of single or couple of nanocrystals, as well as the function of external field, 3. theoretical analysis the electronic structure,i.e. band structure and density of states, in order to deeper understand the physical mechanism of single nanocrystals hetrostructure.

半导体纳米晶具有特殊的物理性能和潜在的应用，对它的研究受到了人们广泛的关注。很多课题组都致力于研究单个半导体纳米晶，并利用其构建纳米器件，但是如何来控制单个纳米晶并将其组装到测试电极上，一直是个棘手问题，成为对单个纳米晶研究的最大瓶颈。本项目主要围绕具有异质结构的半导体纳米晶展开研究，利用胶体化学法合成纳米晶，采用微纳米加工技术制备具有纳米间隙的电极，结合介电电泳的方法，将单个半导体纳米晶从胶体溶液中提取出来并组装到特别设计的纳米电极上，最后对单个纳米晶的电学和光电性质展开各项研究，研究内容主要包括：1、介电电泳工艺的各个参数对纳米晶组装的影响；2、单个或几个半导体纳米晶的电学和光电性质，以及在外场作用下的物理性质变化；3、利用理论计算分析单个半导体纳米晶异质结构的能带结构和态密度等性质，外场对电子结构的调控规律，深入理解具有异质结构的单个半导体纳米晶电学输运和光电性能的物理本质。

胶体半导体纳米晶，具有合成方法简单，工业化容易，材料均一稳定，物理性能优异等特点，受到了科研人员和工程技术人员的青睐。半导体纳米晶的一个非常具有价值的潜在应用就是纳米光电器件。利用纳米晶制备光电器件，为纳米晶制做电极是一个必要而且非常重要的工艺，尤其是利用单个或者几个纳米晶来制备纳米光电器件。目前科学研究中用于研究半导体纳米晶性能的方法，都很难转化到器件生产中。在集成化生产中，纳米晶要根据需要放置到电路中固定的位置，所以，如何可控组装纳米晶到已有的电路中，是一项非常重要，且具有挑战性的工作，所以关于这方面的研究还很少。本课题就是针对半导体纳米晶的可控组装以及组装后器件的物理性能展开研究。主要研究内容和结果包括以下几个方面：1）利用第一性原理计算，研究半导体材料的晶体结构和电子结构，以及掺杂对晶体结构和电子结构的影响规律，为实验研究提供理论依据。本项目对CdSe体系进行了计算，获得了其晶体结构以及电子结构，并研究了S掺杂对该体系的影响。2）采用胶体合成方法，合成出了具有不同形状的CdSe，以及S掺杂的CdSe纳米晶，以及其异质结构，对其晶体结构以及光学性能进行了表征。3）利用光学曝光、电子束曝光，以及薄膜沉积技术，制备出了具有纳米间隙的电极。4）分别对CdSe纳米晶以及纳米棒进行了组装，成功获得了几个和单个单个纳米晶性能，研究中发现电极对于纳米晶的性能有所影响。该项目的研究结果，是在突破了纳米晶组装工艺后，研究了组装后半导体纳米晶的物理性能，并发现了一些新奇的物理现象，这些现象的发现，为设计新型的纳米光电器件提供了有益的参考，同时，也说明了该研究领域还可能拥有更多的现象有待发现，本项目为后续的研究提供了参考。