尖端材料與膜模擬化學(xué)：第四章 半導(dǎo)體顆粒和顆粒膜

第四章半導(dǎo)體顆粒和顆粒膜半導(dǎo)體是指導(dǎo)電率介于金屬與絕緣體之間的一種晶體或無定形的固體物質(zhì)，其阻抗隨溫度的增加而減小。被電子充滿的導(dǎo)帶及沒有電子占據(jù)的價帶。能量差稱為禁帶寬度，它的激發(fā)導(dǎo)致一個電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶，同時在晶格中產(chǎn)生了一個正電荷或空穴。電子和空穴的移動相互關(guān)聯(lián)的，其電荷間的靜電吸引形成一個束縛的電子—空穴對，既“激子”。如下圖

半導(dǎo)體膠體顆粒及顆粒膜是近來發(fā)展起來的，它有一系列優(yōu)點：

1它們對尺寸和維數(shù)的依賴性對于研制和開發(fā)電—光器件極其重要，在適當(dāng)?shù)哪軒r具有寬的吸收光譜和高的消光系數(shù)，并且可以通過摻雜或物理或化學(xué)修飾使之敏化。

2可以將半導(dǎo)體膠體制成顆粒足夠小、濃度比較稀的體系，減少光散射的影響，便于光譜測試；有大的表面積，因而是有效的吸光物質(zhì)---光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴很快被顆粒表面所捕獲，且容易從這個小顆粒上轉(zhuǎn)移到另一個受體。如圖。

3相對而言，半導(dǎo)體膠體分散體的產(chǎn)生是非常廉價的。

然而，納米尺寸半導(dǎo)體膠體顆粒的制備仍然是很困難的，要得到穩(wěn)定的、單分散的、具有已知特性的納米尺寸半導(dǎo)體膠體顆粒，不僅對實驗要求很高，而且對人的智力也是一個挑戰(zhàn)。

4.1納米尺度半導(dǎo)體膠體顆粒尺寸量子化效應(yīng)尺寸量子化效應(yīng)是直徑小于或等于本體材料中激子大小的半導(dǎo)體顆粒的基本特性。

如CdS本體材料中的激子直徑為50~60?，也就是說在直徑等于或小于60?

（相當(dāng)于3000~4000個原子）的CdS顆粒上才可以觀察到量子尺寸效應(yīng)。

利用電子顯微鏡和X-光散射等測量手段，可以確定量子尺寸的半導(dǎo)體顆粒不同于相應(yīng)本體材料的結(jié)構(gòu)特征，這是非常重要的。

隨著半導(dǎo)體顆粒尺寸的減小，其吸收邊相應(yīng)有一個藍移的過程。

如CdS：本體材料吸收邊在5155nm，相應(yīng)于80?

的顆粒的吸收起點；而直徑在40?和20?的顆粒的吸收邊則分別在4805nm和40010nm

。

又如，隨著Cd3P2尺寸的減小，其顏色從黑色、紅色、橙色、黃色，最后變?yōu)榘咨?/p>

這也從另一個方面證實了量子尺寸效應(yīng)。

熒光光譜也可表征量子尺寸的半導(dǎo)體顆粒。

同時也建立了幾種方法對量子尺寸化效應(yīng)進行理論處理?！皠菹渲辛Ｗ印钡鹊?。

4.2單分散的納米尺度半導(dǎo)體顆粒的制備硫化物、硒化物、碲化物、磷化物、砷化物的半導(dǎo)體顆粒可以通過控制H2S、H2Se、H2Te、PH3和AsH3與適當(dāng)?shù)慕饘偎芤旱某恋矸磻?yīng)來制備。這些膠體一般都用聚磷酸鈉作為穩(wěn)定劑。