نقاط کوانتومی و کاربرد های چندگانه آنها
چکیده
نقاط کوانتومی نیمه رسانا که اندازه های ذره آنها در محدوده نانومتر قرار دارد، دارای خصوصیات بسیار غیر معمولی هستند. نقاط کوانتومی دارای باند گپ هایی بوده که به شکل پیچیده با توجه به برخی از عوامل اشاره شده در مقاله تشکیل شده اند. روابط پردازش- ساختار- خصوصیات- عملکرد در مورد نقاط کوانتومی نیمه رسانای ترکیبی مورد بررسی قرار می گیرند. روش های مختلف جهت هم نهشت کردن این نقاط کوانتومی و همچنین خصوصیات حاصل شده در آنها مورد بحث قرار می گیرند. حالت های کوانتوم و محصور شدگی اکسایتون آنها ممکن است موجب تغییر جذب اپتیکال و انرژی انتشار آنها گردد. این اثرات برای تنظیم تابش ناشی از فوتون ها (فتولومینسانس) یا میدان الکتریکی (الکترولومینسانس) حائز اهمیت هستند. در این مقاله، تجزیه اثرات کوانتومی بر تحریک و انتشار همراه با استفاده از نقاط کوانتومی به عنوان حساس کننده ها در فسفر ها مورد اشاره قرار می گیرند. علاوه براین، ما به بررسی کاربرد های چندگانه نقاط کوانتومی شامل دستگاه الکترولومینسانس، سلول خورشیدی و تصویر برداری بیولوژیکی پرداخته ایم.
1. مقدمه
مواد نانو ساختاری از اهمیت زیادی برخوردار هستند، زیرا آنها موجب پر شدن خلا بین سطوح حجیم و مولکولی شده و منجر به ایجاد راه های جدید برای کاربرد های مختلف به ویژه در زمینه های الکترونیک، اپتو الکترونیک و زیست شده اند. هنگامی که یک ذره جامد تغییرات متفاوتی از خصوصیات اپتیکال و الکترونیکی با تغییرات اندازه کمتر از 100 نانومتر را نشان می دهد، این ذره یک نانو ساختار بوده و به (1) دو بعدی مانند لایه های نازک یا چاه کوانتومی (2) یک بعدی مانند سیم های کوانتومی یا (3) صفر بعدی یا نقاط تقسیم می شوند. در طی دو دهه اخیر، توجه زیادی به خصوصیات اپتوالکترونیکی نیمه رسانا های نانوساختاری یا نقاط کوانتومی (Qdots) شده است به طوری که بسیاری از خصوصیات اساسی آنها شامل وابستگی اندازه در محدوده نانومتری است. یک Qdot به صورت صفر بعدی نسبت به حجم بوده و تعداد محدود الکترون ها منجر به انرژی های کوانتومی مجزا در چگالی حالت ها (DOS) برای ساختار های صفر بعدی غیر تجمیع یافته می شود. (هر چند که این حالت به صورت صفر بعدی نسبت به حجم است، به عنوان یک جعبه در مکانیک کوانتومی لحاظ می شود؛ اندازه جعبه حائز اهمیت بوده و در قسمت های بعد مورد بحث قرار می گیرد). اغلب، وجود یک بار الکترونیکی در Qdots موجب دفع افزودن بار دیگر شده منجر به یک منحنی I-V پله ای و DOS می گردد. اندازه گام پله متناسب با ناحیه دو سویه شعاع Qdots است. مرز ها هنگامی که ماده دارای خصوصیات حجمی، Qdot یا اتم ها است، وابسته به ترکیب و ساختار کریستالی ترکیب یا ذره جامد المانی است. طیف گسترده ای از خصوصیات اساسی با تغییر اندازه با ترکیب ثابت قابل درک بوده و برخی از آنها مورد بحث قرار می گیرند. می توان Qdots را به صورت گسترده به سیستم های عنصری یا ترکیبی تقسیم بندی کرد. در این پژوهش، ما بر مواد نانوساختاری نیمه رسانای ترکیبی و کاربرد های چند گانه آنها بر اساس خصوصیات اپتوالکترونیکی و اپتیکال تاکید می کنیم.
Abstract
Semiconducting quantum dots, whose particle sizes are in the nanometer range, have very unusual properties. The quantum dots have band gaps that depend in a complicated fashion upon a number of factors, described in the article. Processingstructure-properties-performance relationships are reviewed for compound semiconducting quantum dots. Various methods for synthesizing these quantum dots are discussed, as well as their resulting properties. Quantum states and confinement of their excitons may shift their optical absorption and emission energies. Such effects are important for tuning their luminescence stimulated by photons (photoluminescence) or electric field (electroluminescence). In this article, decoupling of quantum effects on excitation and emission are described, along with the use of quantum dots as sensitizers in phosphors. In addition, we reviewed the multimodal applications of quantum dots, including in electroluminescence device, solar cell and biological imaging.
1. Introduction
Nanostructured materials [14] are of interest because they can bridge the gap between the bulk and molecular levels and leads to entirely new avenues for applications, especially in electronics, optoelectronics and biology. When a solid exhibits a distinct variation of optical and electronic properties with a variation of particle size <100 nm, it can be called a nanostructure, and is categorized as (1) two dimensional, e.g., thinfilms or quantum wells, (2) one dimensional, e.g., quantum wires, or (3) zero dimensional or dots. During the last two decades, a great deal of attention has been focused on the optoelectronic properties of nanostructured semiconductors or quantum dots (Qdots) as many fundamental properties are size dependent in the nanometer range. A Qdot is zero dimensional relative to the bulk, and the limited number of electrons results in discrete quantized energies in the density of states (DOS) for nonaggregated zero dimensional structures [5,6]. (Although it is zero dimensional to bulk, it is regarded as a box in quantum mechanics; size of the box is important and discussed later). Sometimes, the presence of one electronic charge in the Qdots repels the addition of another charge and leads to a staircase-like I-V curve and DOS. The step size of the staircase is proportional to the reciprocal of the radius of the Qdots. The boundaries, as to when a material has the properties of bulk, Qdot or atoms, are dependent upon the composition and crystal structure of the compound or elemental solid. An enormous range of fundamental properties can be realized by changing the size at a constant composition and some of these are discusses. Qdots can be broadly categorized into either elemental or compound systems. In this review, we emphasize compound semiconductor-based nanostructured materials and their multimodal applications based on optoelectronic and optical properties.
مقدمه
1. ساختار نقاط کوانتومی
1.1 ساختار هسته
1.2 ساختار سطحی
2.2. مشخصات ساختار های پوسته ای
3. خصوصیات
3.1 اثرات محصور شدگی کوانتوم و شکاف باند
3.2 خصوصیات لومینسانس
4. فرآیند های هم نهشتی
4.1 فرآیند های هم نهشتی بالا- پایین
4.2 روش پایین- بالا
5. کاربرد
5.1 نقاط کوانتومی جهت ساخت دستگاه الکترولومینسانس
5.2 تبدیل رو به پایین نور آبی یا فرابنفش
5.3 نقاط کوانتومی در ساخت دستگاه سلول خورشیدی
5.4 نقاط کوانتومی در دیگر دستگاه های نوری
5.5 کاربرد نقاط کوانتومی در کاربرد های تصویر برداری زیستی
6. چارچوب
Abstract
1. Introduction
2. Structure of Quantum Dots
2.1. Core Structure
2.2. Surface Structure
3. Properties
3.1. Quantum Confinement Effects and Band-Gap
3.2. Luminescence Properties
4. Synthesis Processes
4.1. Top-Down Synthesis Processes
4.2. Bottom-Up Approach
5. Application
5.1. Quantum Dots for Electroluminescence Device Fabrication
5.2. Downconversion of Blue or Ultraviolet Light
5.3. Quantum Dots in Solar Cell Device Fabrication
5.4. Quantum Dots in Other Optoelectronic Devices
5.5. Application of Quantum Dots in Bioimaging Applications
6. Perspective
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه