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绪论1

0.1 胶体半导体量子点1

0.2 胶体半导体量子点的性质2

0.2.1 量子尺寸效应2

0.2.2 量子隧穿效应3

0.2.3 库仑阻塞效应4

0.2.4 表面效应4

0.2.5 介电限域效应4

0.3 胶体半导体量子点的制备5

0.3.1 量子点的主要制备方法5

0.3.2 胶体半导体量子点的主要制备方法6

0.4 胶体半导体量子点的主要应用6

0.4.1 量子点光电器件6

0.4.2 量子点太阳电池8

0.4.3 量子点在生物医学中的应用9

参考文献11

第1章 量子点的电子结构与激子理论13

1.1 晶体的微观结构13

1.1.1 空间点阵与晶格13

1.1.2 几个常见的晶体结构16

1.1.3 晶面族面间距的计算18

1.2 半导体量子点电子结构近似理论21

1.2.1 有效质量近似理论21

1.2.2 经验赝势近似理论24

1.2.3 k·p近似理论25

1.2.4 紧束缚近似理论26

1.2.5 密度泛函理论29

1.3 量子点电子结构31

1.3.1 激子哈密顿量的基本构成31

1.3.2 单粒子无限深势阱模型32

1.3.3 单粒子有限深势阱模型35

1.4 胶体量子点的介电受限和Stark效应38

1.4.1 介电受限效应38

1.4.2 量子点尺寸依赖的介电函数41

1.4.3 胶体量子点Stark效应42

1.5 量子点中激子与声子相互作用47

1.5.1 声子47

1.5.2 激子与光学声子的作用48

1.5.3 激子与声学声子的作用53

1.6 跃迁过程与激子复合机制54

1.6.1 跃迁过程与选择定则54

1.6.2 自旋与轨道耦合——精细结构56

1.6.3 吸收与复合59

1.6.4 自发辐射强度61

参考文献64

第2章 胶体量子点的合成与表征67

2.1 胶体量子点合成的理论基础67

2.1.1 成核过程68

2.1.2 生长过程69

2.1.3 Rogach模型72

2.2 胶体量子点的合成76

2.2.1 胶体量子点合成系统76

2.2.2 胶体量子点的合成方法77

2.2.3 胶体量子点的形态控制82

2.3 胶体半导体量子点的功能化修饰85

2.3.1 表面功能化修饰86

2.3.2 量子点的核壳结构96

2.4 胶体量子点晶格结构特性表征与分析技术102

2.4.1 X射线衍射分析技术102

2.4.2 透射电子显微镜109

2.5 胶体量子点光学特性表征与分析114

2.5.1 胶体量子点吸收光谱分析114

2.5.2 胶体量子点光致发光的光谱分析118

2.5.3 胶体量子点光致发光的量子产额测量121

2.5.4 胶体量子点时间分辨荧光技术与荧光寿命测量124

参考文献128

第3章 Ⅱ-Ⅵ族胶体半导体量子点133

3.1 CdSe胶体半导体量子点133

3.1.1 CdSe胶体量子点的合成方法133

3.1.2 其他形状的CdSe胶体纳米晶136

3.1.3 CdSe胶体核壳量子点139

3.1.4 CdSe胶体掺杂或合金量子点145

3.2 CdS胶体半导体量子点146

3.2.1 CdS胶体量子点的合成方法146

3.2.2 CdS胶体核壳量子点151

3.2.3 CdS胶体掺杂或合金量子点155

3.3 CdTe胶体半导体量子点158

3.3.1 CdTe胶体量子点的合成方法158

3.3.2 CdTe胶体核壳量子点161

3.4 ZnSe胶体半导体量子点165

3.4.1 ZnSe胶体量子点的合成方法165

3.4.2 ZnSe胶体核壳量子点168

3.4.3 ZnSe胶体掺杂或合金量子点173

3.5 ZnS胶体半导体量子点177

3.5.1 ZnS胶体量子点合成方法177

3.5.2 ZnS胶体掺杂或合金量子点183

3.6 ZnTe胶体半导体量子点186

3.6.1 ZnTe胶体量子点的合成方法186

3.6.2 ZnTe胶体核壳量子点189

3.7 ZnO胶体半导体量子点190

3.7.1 ZnO胶体量子点的合成方法190

3.7.2 ZnO胶体掺杂或合金量子点194

3.8 HgTe胶体半导体量子点196

3.8.1 HgTe胶体量子点的合成方法197

3.8.2 HgTe胶体核壳量子点200

3.9 HgS胶体半导体量子点202

参考文献203

第4章 Ⅳ-Ⅵ族胶体半导体量子点207

4.1 PbSe胶体半导体量子点207

4.1.1 PbSe胶体量子点的合成方法207

4.1.2 PbSe胶体量子点的形态控制与生长动力学213

4.1.3 PbSe胶体核壳量子点217

4.2 PbS胶体半导体量子点225

4.2.1 PbS胶体量子点的合成方法225

4.2.2 PbS胶体量子点的形态控制233

4.2.3 PbS胶体核壳量子点235

4.3 PbTe胶体半导体量子点239

4.3.1 PbTe胶体量子点的合成方法239

4.3.2 PbTe胶体量子点的形态控制242

4.3.3 PbTe胶体核壳量子点245

4.4 Pb族胶体掺杂或合金半导体量子点249

4.4.1 Pb族胶体掺杂量子点249

4.4.2 Pb族胶体合金量子点253

4.5 Sn族胶体半导体量子点259

4.5.1 SnSe胶体量子点260

4.5.2 SnS胶体量子点264

4.5.3 SnTe胶体量子点268

4.5.4 Sn族胶体合金或掺杂的量子点269

参考文献273

第5章 Ⅲ-Ⅴ族胶体半导体量子点277

5.1 InP胶体半导体量子点277

5.1.1 InP胶体量子点的合成方法277

5.1.2 InP胶体量子点的形态控制285

5.1.3 InP胶体核壳量子点288

5.2 InAs胶体半导体量子点295

5.2.1 InAs胶体量子点的合成方法295

5.2.2 InAs胶体量子点的形态控制298

5.2.3 InAs胶体核壳量子点300

5.3 InSb胶体半导体量子点305

5.3.1 InSb胶体量子点的合成方法305

5.3.2 InSb胶体量子点的形态控制309

5.3.3 InSb胶体核壳量子点312

5.4 InN胶体半导体量子点314

5.5 GaAs胶体半导体量子点318

5.5.1 GaAs胶体量子点的合成方法318

5.5.2 GaAs胶体纳米晶的形态控制322

5.6 GaP胶体半导体量子点325

5.6.1 GaP胶体量子点的合成方法325

5.6.2 GaP胶体量子点的形态控制329

5.7 GaN胶体半导体量子点331

5.8 Ⅲ-Ⅴ族胶体掺杂与合金半导体量子点335

5.8.1 Mn掺杂Ⅲ-Ⅴ族胶体量子点335

5.8.2 Cu掺杂Ⅲ-Ⅴ族胶体量子点339

5.8.3 InAsP胶体合金量子点341

5.8.4 InAsSb胶体合金量子点343

5.8.5 GaInP胶体合金量子点345

参考文献346

第6章 其他胶体半导体量子点350

6.1 CuInS2胶体半导体量子点350

6.1.1 CuInS2胶体量子点的合成方法350

6.1.2 CuInS2胶体量子点形态和晶相控制353

6.1.3 ZnCuInS胶体量子点357

6.1.4 CIS或ZCIS胶体核壳量子点363

6.2 CuInSe2胶体半导体量子点368

6.2.1 CuInSe2胶体量子点的合成方法369

6.2.2 CuInSe2胶体量子点的形态控制372

6.3 AgInS2胶体半导体量子点376

6.3.1 AgInS2胶体量子点的合成方法376

6.3.2 AgInS2胶体量子点的形态控制380

6.4 AgInSe2胶体半导体量子点381

6.4.1 AgInSe2胶体量子点的合成方法382

6.4.2 AgInSe2胶体量子点的形态控制385

6.5 Ag2S胶体半导体量子点386

6.5.1 Ag2S胶体量子点的合成方法386

6.5.2 Ag2S胶体量子点的形态控制392

6.5.3 Ag2S胶体核壳量子点396

6.5.4 Ag2S胶体掺杂量子点398

6.6 Ag2Se胶体半导体量子点399

6.6.1 Ag2Se胶体量子点的合成方法399

6.6.2 Ag2Se胶体量子点的形态控制406

6.6.3 Ag2Se胶体核壳量子点408

6.7 Ag2Te胶体半导体量子点409

参考文献410

第7章 胶体半导体量子点的典型物理性质413

7.1 多种因素依赖的电子结构和发光性质413

7.1.1 尺寸依赖的电子结构和发光性质413

7.1.2 组分依赖的电子结构和发光性质419

7.2 胶体半导体量子点温度依赖的物理性质426

7.2.1 温度依赖的禁带宽度426

7.2.2 温度依赖的PL发光效应435

7.3 胶体半导体量子点的消光系数442

7.3.1 消光系数与消光截面443

7.3.2 Cd族胶体量子点的消光系数445

7.3.3 Pb族胶体量子点的消光系数447

7.4 胶体半导体量子点之间载流子的输运455

7.4.1 量子点局域态之间的电子输运理论455

7.4.2 胶体PbSe量子点薄膜载流子输运性质458

7.5 胶体半导体量子点光生载流子的转移机制464

7.5.1 光生载流子的转移机理464

7.5.2 胶体量子点之间光生载流子的转移效应468

7.5.3 胶体量子点与有机物之间的光生载流子转移效应473

7.6 胶体半导体量子点的多激子效应478

7.6.1 多激子效应478

7.6.2 多激子效应中的俄歇复合479

7.6.3 CdSe量子点的多激子效应482

7.6.4 PbSe量子点的多激子效应485

参考文献489

第8章 胶体半导体量子点LED494

8.1 胶体量子点电致发光LED的结构与原理494

8.1.1 基本结构与原理494

8.1.2 典型结构的量子点发光二极管497

8.1.3 载流子迁移层500

8.1.4 量子点发光二极管光学特性参量502

8.2 Cd族胶体半导体量子点LED506

8.2.1 CdSe胶体量子点薄膜层LED507

8.2.2 CdSe胶体量子点与聚合物混合薄膜层LED515

8.2.3 CdSe胶体量子点全无机结构LED520

8.2.4 CdS胶体量子点LED524

8.2.5 CdTe胶体量子点LED527

8.3 Pb族胶体半导体量子点LED531

8.3.1 PbSe胶体量子点LED531

8.3.2 PbS胶体量子点LED539

8.4 其他元Cd胶体半导体量子点LED544

8.4.1 InP胶体量子点LED545

8.4.2 Zn族胶体量子点LED552

8.4.3 CuInS2胶体量子点LED559

8.5 胶体半导体量子点荧光粉564

8.5.1 Cd族胶体量子点荧光粉564

8.5.2 CuInS2胶体量子点荧光粉572

8.5.3 胶体量子点荧光粉的表面等离子共振增强技术577

参考文献581

第9章 胶体半导体量子点太阳电池584

9.1 胶体半导体量子点太阳电池的基本结构和原理584

9.1.1 概述584

9.1.2 基本结构589

9.1.3 原理和特性参数591

9.2 量子点太阳电池中载流子的输运性质594

9.2.1 量子点薄膜PV型太阳电池的载流子输运过程594

9.2.2 量子点敏化太阳电池的载流子输运过程602

9.3 Cd族胶体半导体量子点太阳电池610

9.3.1 CdSe量子点太阳电池610

9.3.2 CdS量子点太阳电池621

9.3.3 CdTe量子点太阳电池626

9.3.4 Cd族核壳量子点太阳电池633

9.4 Pb族胶体半导体量子点太阳电池637

9.4.1 PbSe量子点太阳电池637

9.4.2 PbS量子点太阳电池645

9.4.3 原子配位体钝化PbS量子点太阳电池650

9.5 其他胶体量子点太阳电池654

9.5.1 其他胶体量子点光伏型太阳电池654

9.5.2 其他胶体量子点敏化太阳电池660

9.6 其他结构胶体量子点太阳电池667

9.6.1 叠层式胶体量子点太阳电池667

9.6.2 胶体量子点太阳能集束器674

参考文献684

第10章 其他典型的胶体半导体量子点器件与应用687

10.1 胶体半导体量子点光电探测器687

10.1.1 基本原理与特性表征687

10.1.2 胶体量子点光电导探测器件692

10.1.3 胶体量子点光电二极管702

10.2 胶体半导体量子点的ASE效应和激光711

10.2.1 胶体半导体量子点的光增益711

10.2.2 Cd族胶体量子点的ASE和激光714

10.2.3 Pb族胶体量子点的ASE和激光720

10.3 胶体半导体量子点掺杂液芯光纤725

10.3.1 量子点掺杂液芯光纤中光传输的基本理论725

10.3.2 PbSe胶体量子点掺杂液芯光纤光传输的实验732

10.3.3 胶体量子点掺杂液芯光纤放大器735

10.4 胶体半导体量子点在检测传感技术中的应用739

10.4.1 胶体半导体量子点温度传感器739

10.4.2 胶体半导体量子点电流传感器745

10.4.3 PbSe胶体量子点荧光LED多气体检测技术748

10.5 胶体半导体量子点在生物医学中的应用753

10.5.1 量子点生物探针的基本原则753

10.5.2 量子点生物传感机制和应用755

10.5.3 量子点生物成像技术762

参考文献765

索引769