رشد نانوذرات مغز پوست93 CdTeCdS در محیط آبی به منظور بهبود بازدهی کوانتومی نورتابی

 چکیده

 در این پژوهش به بررسی روش رشد آبی نانو کریستال های CdTeو تاثیر رشد پوسته CdSبر روی بازدهی کوانتومی نورتابی و بررسی خواص اپتیکی این نانوذرات پرداخته می شود. در ابتدا با معرفی نانو کریستال های نیمه رسانا و خواص ویژه ناشی از محدودیت های کوانتومی در آن ها، روش های کلی مورد استفاده در سنتز این نانوساختارها و همچنین برخی از کاربردهای آن ها توضیح داده می شود. در ادامه مروری برتحقیقات انجام شده در این زمینه انجام می گیرد. در بخش کارهای عملی در ابتدا به تهیه نانوذرات CdTeدر حضور عامل پوششی تیوگلیکولیک اسید برای کنترل اندازه این نانوبلورها پرداخته می شود. در تمام آزمایش ها تلاش شد تا شرایط دستیابی به بالاترین بازدهی کوانتومی نورتابی برای این نانوکریستال ها به دست آید. نتایج نشان داد که بازدهی کوانتومی آن ها در زمان های طولانی حرارت دهی از مرتبه 20 ساعت به بیش از 40% می رسد. در این بازه حرارت دهی، اندازه ذرات در محدوده nm45/3-78/2 تغییر می کرد. در نهایت رشد نانوساختارهای هسته-پوسته CdTe/CdSبه منظور تشکیل یک پوسته غیر آلی بر سطح نانوکریستال های CdTeتهیه شده در زمان های حرارت دهی متفاوت با استفاده از ماده تیواستامید(C₂H₅NS) به عنوان ماده حساس به حرارت و به عنوان منبع S به همراه کادمیوم سولفات برای تشکیل پوسته استفاده شد. تیواستامید تحت حرارت به آهستگی تجزیه و با CdCl₂منجر به تشکیل پوسته CdSبر سطح نانوذرات می گردید. ضخامت پوسته نیز با کنترل زمان حرارت دهی در حین واکنش کنترل می شد. بازدهی کوانتومی نورتابی ذرات در این قسمت به بیش از 60% رسید.

 واژگان کلیدی: کادمیوم تلوراید، کادمیوم سولفاید، رشد آبی، هسته، پوست

فهرست مطالب

عنوان ...... صفحه

   فصل اول1

1-1 مقدمه2

1-2 مواد نیمه رسانا2

1-2-1 خواص مواد نیمه رسانا3

1-3 فوتولومینسانس8

1-3-1 انواع فوتولومینسانس10

1-4 اکسیتون11

1-4-1 انواع اکسیتون12

1-5 واهلش14

1-5-1 واهلش تابشی15

1-5-1-1 تابش لبه نواری16

1-5-1-2 تابش از نقص های شبکه16

1-5-1-3 تابش از فعال سازها17

1-5-1-4 واهلش غیر تابشی18

1-6 سیستم های با ابعاد کم20

1-6-1 نقاط کوانتومی22

1-6-2 اثر محدودیت کوانتومی23

1-6-3 مدل ذره در جعبه24

1-7 ساختارهای مغز-پوست27

1-7-1 انواع ساختارهای مغز-پوست30

1-8 انواع روش های ساخت32

1-8-1 روش های فیزیکی33

1-8-2 روش های شیمیایی34

1-8-3 رشد نانوبلورهای نورتاب به روش آلی-فلزی36

1-8-4 رشد نانوبلورهای نورتاب در محلول آبی39

1-9 سنتز ساختارهای مغز پوست40

1-10 آنالیز و بازدهی فوتولومینسانس (PL)42

1-11 کاربردهای نانوبلورهای نورتاب45

فصل دوم49

2-1 مقدمه50

2-2 رشد نقاط کوانتومیCdTe51

2-3 رشد نقاط کوانتومیCdTe/CdS59

فصل سوم83

3-1 مقدمه84

3-2 مکانیزم واکنش رشد نانوبلورهای CdTe85

3-3 رشد نانوبلورهای CdTe در محیط آبی88

3-3-1 اصول کلی برای آماده سازی نمونه ها88

3-3-2 آماده سازی محلول NaHTe88

3-3-3 آماده سازی محلول شامل پیش ماده کادمیوم89

3-3-4 هسته زایی و رشد نانوبلورهای CdTe90

3-4 نتایج و بحث92

3-4-1 تعیین خواص اپتیکی CdTe92

3-4-2 تعیین خواص ساختاری نانوبلورهای CdTe 99

فصل چهارم105

4-1 مقدمه106

4-2مکانیزم واکنش107

4-3 انتقال از نوع اول به نوع دوم109

4-4 مراحل انجام آزمایش110

4-5 محاسبه حداکثر ضخامت پوسته110

4-6 بررسی خواص اپتیکی و ساختاری نانوبلورهای هسته-پوسته CdTe/CdS113

4-6-1 تشکیل پوسته CdS بر روی هسته CdTe₂113

4-6-2 تشکیل پوسته CdS بر روی هسته CdTe₄116

4-6-3 تشکیل پوسته CdS بر روی هسته CdTe₆119

4-6-4 تشکیل پوسته CdS بر روی هسته CdTe₈122

4-6-5 تشکیل پوسته CdS بر روی هسته CdTe₁₀125

4-7 آنالیز XRD128

4-8 نتیجه گیری129

پیشنهادات130

پیوست: مروری بر چند پتنت131

4-5 مراجع و منابع134

 فهرست جداول

 جدول 1-1: انواع لومینسانس9

جدول 2-1:خلاصه ای از نتایج مربوط به نانوبلورهای CdTe، CdTe/CdS و CdTe/CdS/CdZnS78

جدول 3-1: مشخصات شدت نورتابی، لبه جذب، طول موج گسیل، اندازه ذرات و شکاف انرژی نانوبلورهای CdTe و تاثیر زمان حرارت دهی بر آن ها97

جدول 4-1:مکان پیک نورتابی و بازدهی کوانتومی نورتابی نمونه های (الف) CdTe₂/CdS، (ب) نمونه های مرجع116

جدول 4-2:مکان پیک نورتابی و بازدهی کوانتومی نورتابی نمونه های (الف) CdTe₄/CdS، (ب) نمونه های مرجع 119

جدول 4-3: مکان پیک نورتابی و بازدهی کوانتومی نورتابی نمونه های (الف) CdTe₆/CdS، (ب) نمونه های مرجع122

جدول 4-4: مکان پیک نورتابی و بازدهی کوانتومی نورتابی نمونه های (الف) CdTe₈/CdS، (ب) نمونه های مرجع125

جدول 4-4: مکان پیک نورتابی و بازدهی کوانتومی نورتابی نمونه های (الف) CdTe₁₀/CdS، (ب) نمونه های مرجع127

 فهرست تصاویر

 شکل1-1: شکاف انرژی مواد رسانا، عایق، نیمه رسانا4

شکل1-2: شکاف نواری مستقیم و غیر مستقیم در نیمه رساناها6

شکل 1-3: طرحی از تشکیل اکسیتون در اثر تابش11

شکل1-4: اکسیتون فرنکل و ونیر-مات12

شکل1-5: (الف) اتم پوزیترونیوم، (ب) طرحی از تشکیل اکسیتون ونیر-مات13

شکل1-6: (الف) تابش لبه نواری، (ب) تابش نزدیک لبه نواری،(ج) تابش از نقص ها یا فعال ساز ها15

شکل 1-7: بازترکیب اوژه20

شکل1-8: کاهش ابعاد ماده توده ای از یک، دو و سه بعد و تشکیل چا های کوانتومی، نانو سیم ها و نقاط کوانتومی21

شکل 1-9: اثر محدودیت کوانتومی در نیمه رساناها25

شکل1-10: انرژی های به دست آمده برای الکترون در جعبه با اندازه های متفاوت26

شکل1-11: واکنش نقاط کوانتومی با اجزای محلول29

شکل 1-12: تشکیل پوسته CdS بر روی هسته CdTe30

شکل1-13: مکان شکاف انرژی دسته ازعناصر نیمه رسانای توده ای31

شکل 1-14: انواع ساختارهای مغز-پوست32

شکل 1-15: طرحی از سنتز نانوبلورهای CdSe به روش آلی-فلزی38

شکل 1-16: طرحی از سنتز آبی نابلورهای CdTe38

شکل 1-17: مقایسه بین نقاط کوانتومی و رودامین از طریق (الف) نمودار Pl، (ب) نمودار جذب44

شکل 1-18: (الف) طرحی از LEDبر پایه نقاط کوانتومی، (ب) طرحی از سلول خورشیدی حساس شده با نقاط کوانتومی، (ج) تصویر برداری از بافت توسط نقاط کوانتومی تزریق شده48

شکل 2-1: ساختار مولکولی (الف) TP، (ب) GSH و (ج) TGA55

شکل 2-2: (الف) نمودار جذب و (ب) فلورسانس نانو ذرات CdTeپوشیده شده با TP56

شکل 2-3: (الف) نمودار جذب و (ب) فلورسانس نانو ذرات CdTe پوشیده شده باTGA57

شکل 2-4: (الف) نمودار جذب و (ب) فلورسانس نانو ذرات CdTe پوشیده شده با GSH57

شکل 2-5: طیف نورتابی نانوبلورهای CdTeبا عامل پوششی (الف)TGA (ب) Cystiamine(ج) GSH61

شکل 2-6: XRDاز نانوبلورها CdTeپوشیده شده با TGA(الف) قبل ، (ب) بعد از تحت تابش قرار گرفتن61

شکل 2-7: طیف جذب و نورتابینانوبلورها CdTe پوشیده شده با عامل پوششی TGA62

شکل 2-8: (الف) طیف جذب، (ب) طیف نورتابی مربوط به نمونه های CdTe/CdS در زمان های مختلف حرارت دهی62

شکل 2-9: طیف جذب و نورتابی مربوط به نقاط کوانتومی CdTeو CdTeتحت تابش64

شکل 2-10: طیف جذب و نورتابی مربوط به نقاط کوانتومی CdTe/CdSتهیه شده در دمای cº10065

شکل 2-11: وابستگی آهنگ رشد واکنش به نسبت تیوره و کادمیوم در نانو ذرات CdTe/CdS65

شکل 2-12: طیف نورتابی مربوط به نقاط کوانتومی CdTe/CdSبا GSHبه عنوان عامل پوششی و TAAبه عنوان منبع سولفور برای دو اندازه هسته CdTeبا طول موج های (الف)nm495 و (ب) nm52067

شکل 2-13: (الف)طیف جذب و(ب) طیف نورتابی مربوط به نقاط کوانتومی CdTe/CdSبا TPبه عنوان عامل پوششی و TAAبه عنوان منبع سولفور67

شکل 2-14: (الف)طیف جذب و(ب) طیف نورتابی مربوط به نقاط کوانتومی CdTe/CdSبا GSHبه عنوان عامل پوششی و منبع سولفور68

شکل 2-15: (الف)طیف جذب، (ب)طیف نورتابی نقاط کوانتومی CdTe/CdS با نسبت های مختلف70

تصویر 2-16: تغییر پهنا در نصف ماکزیمم و پیک انتشار با تغییر در نسبت CdTe/CdS70

شکل 2-17: XRDمربوط به (الف)دانه هایCdTe (ب) هسته CdTeو (ج)ساختار هسته-پوسته CdTe/CdS72

شکل 2-18: تصویر TEMاز نقاط کوانتومی (الف) CdTe(ب) CdTe/CdSپس از h3 حرارت دهی در دمای cº9073

شکل 2-19: طیف مربوط به پراکندگی اندازه نانوبلورها (الف)CdTeو (ب)CdTe/CdSپس از h3 حرارت دهی در دمای cº9073

شکل 2-20: طیف جذب و نورتابی مربط به دانه CdTe و هسته CdTe74

شکل 2-21: طیف جذب و نورتابی مربط ساختار هسته/پوسته تک و پنج لایه75

شکل 2-22: (الف)طیف جذب و (ب)نورتابی مربط به نانو ذرات CdTe/CdS با لایه های متفاوت بین7-076

شکل 2-23: نسبت بازدهی کوانتومی و طول موج مربوط به پیک PL با تعداد لایه های پوسته76

شکل 2-24: طیف جذب و نورتابی مربوط به ساختار هسته و هسته/پوسته های نمونه های 1-379

شکل 2-25: طیف جذب و نورتابی مربوط به ساختار هسته و هسته/پوسته های نمونه های 4-680

شکل 2-26: TEMاز نمونه های(الف) CdTe،(ب) CdTe/CdSو (ج)CdTe/CdS/ZnS).81

شکل 2-27: TEMاز نمونه های(الف) CdTe،(ب) CdTe/ZnS82

شکل 3-1: طرحی از پیوند مولکول TGAدر نقاط کوانتومی CdTe.87

شکل 3-2: مراحل آماده سازی محلول NaHTeدر دمای اتاق89

شکل 3-3: اکسیژن زدایی محلول حاوی کمپلکس Cd-TGA90

شکل 3-4: مراحل تشکیل هسته CdTe را در حمام روغن cº100.91

شکل 3-5: تحول طیف جذب نانوبلورهای CdTeدرحین فرآیند حرارت دهی92

شکل 3-6: نمودار تغییر اندازه و تغییر شکاف انرژی نانو بلورهای CdTeنسبت به زمان حرارت دهی93

شکل 3-7: تحول طیف نورتابی نانوبلورهای CdTe با گذشت زمان حرارت دهی95

شکل 3-8: تغییرات شدت پیک نورتابی و مکان پیک طیف نورتابی نانوبلورهای CdTeنسبت به زمان حرارت دهی96

شکل 3-9: طیف نورتابی و جذب نانوبلورهای CdTe تهیه شده در زمان های حرارت دهی h6، h10، h14، h18.98

شکل 3-10: روند تغییر بازدهی کوانتومی نورتابی نانوبلورهای CdTeتهیه شده بر حسب زمان حرارت دهی100

شکل 3-11: (الف) نانوبلورهای CdTe، (ب) نانوبلورهای CdTe در حضور استون101

شکل 3-12:(الف) نانوبلورهای CdTeبعد از سانتریفیوژ(ب) رسوب نانوبلورها بر روی لامل.101

شکل 3-13: طیف پراش پرتو Xاز نانو بلورهای CdTeحرارت دیده شده به مدت h8102

شکل 4-1:ساختار مولکولی و تصویر بلورهای تیواستامید108

شکل 4-2: (الف)مکان قرار گرفتن نوار های ظرفیت و رسانش مواد کادمیوم تلوراید و کادمیوم سولفاید (ب) طرحی از محصور شدن الکترون و حفره در هسته در نقاط کوانتومی CdTe/CdSدر نوع اول108

شکل 4-3: (الف)مکان قرار گرفتن نوار های ظرفیت و رسانش مواد کادمیوم تلوراید و کادمیوم سولفاید (ب) طرحی از رفتن الکترون به سطح پوسته در نقاط کوانتومی CdTe/CdSدر نوع دوم109

شکل 4-4: طرحی از ساختار هسته-پوسته CdTe/CdS112

شکل 4-5: تغییرات طیف جذب و نورتابی نمونه های CdTe₂/CdSو نمونه های مرجع CdTe114

شکل 4-6: روند تغییر شدت نورتابی نمونه های CdTe₂/CdSو نمونه های مرجع در طول زمان حرارت دهی برای رشد پوسته.115

شکل 4-7: تغییرات طیف جذب و نورتابی نمونه های CdTe₄/CdS و نمونه های مرجع CdTe₄117

شکل 4-8: روند تغییر شدت نورتابی نمونه های CdTe₄/CdSو نمونه های مرجع در طول زمان حرارت دهی برای رشد پوسته118

شکل 4-9: تغییرات طیف جذب و نورتابی نمونه های CdTe₆/CdS و نمونه های مرجع CdTe₆120

شکل 4-10: روند تغییر شدت نورتابی نمونه های CdTe₆/CdSو نمونه های مرجع در طول زمان حرارت دهی برای رشد پوسته121

شکل 4-11: تغییرات طیف جذب و نورتابی نمونه های CdTe₈/CdS و نمونه های مرجع CdTe₈123

شکل 4-12: روند تغییر شدت نورتابی نمونه های CdTe₈/CdSو نمونه های مرجع در طول زمان حرارت دهی برای رشد پوسته124

شکل 4-13:تغییرات طیف جذب و نورتابی نمونه های CdTe₁₀/CdS و نمونه های مرجع CdTe₁₀126

شکل 4-14: روند تغییر شدت نورتابی نمونه های CdTe₁₀/CdSو نمونه های مرجع در طول زمان حرارت دهی برای رشد پوسته128

شکل 4-15: طیف پراش پرتو Xاز نانو بلورهای CdTe₈/CdSکه به مدت min80 تحت حرارت دهی بود.129

 فصل اوّل

 مبانی نورتابی

1-1 مقدمه

در این فصل در ابتدا مواد نیمه رسانا معرفی می شوند و در ادامه ساختار های نانومتری مختلف از این مواد، از جمله نقاط کوانتومی[1] توضیح داده خواهند شد. سپس به خصوصیات نوری منحصر به فرد وابسته به اندازه این مواد پرداخته می شود. در پایان به بررسی انواع مختلف این نقاط کوانتومی می پردازیم.

 1-2 مواد نیمه رسانا

ازنظر الکتریکی مواد مختلف به دو دسته عایق و رسانا تقسیم می شوند با این وجود خواص الکتریکی بعضی از مواد در حد فاصل رساناها و نارساناها قرار دارد. این دسته از مواد را اصطلاحا نیمه رسانا[2] می گویند. تفاوت عمده ای که بین این مواد وجود دارد در شکاف انرژی[3] مربوط به آن ها می باشد. رساناها دارای هم پوشانی ای از نوار رسانش و نوار ظرفیت هستند و قاعدتا شکاف انرژی در آن ها وجود ندارد. شکاف انرژی مواد عایق از مرتبه 9 الکترون ولت است و نوار ظرفیت کاملا پر می باشد بنابراین الکترون نمی تواند با وجود این اختلاف پتانسیل زیاد از نوار ظرفیت به نوار رسانش گذار کند. درمواد نیمه رسانا آنچه که تعیین کننده خواص اپتوالکترونیکی[4] می باشد شکاف انرژی بین نوار ظرفیت و نوار رسانش است در این مواد تراز الکترونی همان تراز ظرفیت است که کاملا با الکترون ها پر شده است. تراز کوانتومی رسانش عموما خالی از الکترون بوده که به اندازه شکاف انرزی E_g از تراز ظرفیت فاصله دارد. بنابراین برخلاف مواد فلزی تغییرات پیوسته انرژی الکترون در میان ترازها امکان پذیر نمی باشد درعوض کمترین انرژی که برابر با اندازه این شکاف باشد می تواند سبب برانگیخته شدن الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش شود. شکل 1-1 شکاف انرژی مواد رسانا عایق و نیمه رسانا را نشان می دهد]1[.

شکل 1-1 شکاف انرژی مواد رسانا،عایق و نیمه رسانا

 1-2-1 خواص مواد نیمه رسانا

 1) مقاومت ویژه

یکی از ویژگی‌های مهم در مواد نیمه‌رسانا، که آنها را از مواد رسانا متمایز می‌کند، چگونگی تغییر مقاومت ویژه‌ی الکتریکی آنها با اعمال تغییراتی در میدان الکتریکی، دما و امواج الکترومغناطیسی است. رابطه 1-1 مقاومت ویژه یک ماده نیمه رسانا را بر حسب تعداد الکترون های آزاد(n) و μ میزان تحرک الکترون (میزان برخوردهایی که الکترون در واحد حجم انجام می دهد) و e بار الکتریکی الکترون نشان می دهد.

  (1-1)

برخلاف رسانا، در نیمه رسانا افزایش دما موجب کاهش مقاومت ویژه‌ی الکتریکی نیمه‌رسانا می‌شود. در این مواد تعداد الکترون های آزاد ثابت نبوده و با افزایش دما زیاد می شوند که این منجر به افزایش رسانندگی می شود. علاوه بر افزایش دما، با اضافه کردن مقادیر کمی ناخالصی به ماده‌ی نیمه‌رسانا نیز می‌توان تعداد حامل های بار الکتریکی را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داد]2[.

2) شکاف نواری مستقیم و غیر مستقیم در نیمه رساناها

می‌توان نمودار نوار انرژی الکترون در مقابل اندازه حرکت را رسم کرد. مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، نسبت به هم، به دو صورت واقع می‌شوند. در حالت اول مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، مطابق شکل 1-2 (الف) در اندازه حرکت یکسانی قرار می گیرند و وقتی الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش جهش می‌کند، تغییری در اندازه حرکت آن به وجود نمی‌آید. گالیم آرسنید و اکسید روی مثال‌هایی از این مورد هستند. چنین موادی نیمه‌رسانای مستقیم نامیده می‌شوند. در مقابل ممکن است، مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، مطابق شکل 1-2(ب) در اندازه حرکت یکسان قرار نگیرند. بنابراین برانگیختگی یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، نه تنها نیاز به صرف انرژی زیادی دارد، بلکه، تغییری در اندازه حرکت آن به وجود خواهد آورد. با چنین موقعیتی در سیلیکون رو به رو هستیم. این مواد را نیمه‌رساناهای غیر مستقیم می‌نامیم.

 شکل 1-2 (a) شکاف نواری مستقیم و (b) غیر مستقیم در نیمه رساناها

 در نیمه‌رساناهای مستقیم، یک فوتون با انرژی Eg=hν ، می‌تواند یک الکترون را از نوار ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته کند(عبور مستقیم[5]). با این وجود در نیمه‌رساناهای غیرمستقیم، این نوع عبور، امکان پذیر نمی‌باشد. این موضوع به این دلیل است که فوتون‌ها اندازه حرکت بسیار کوچکی دارند، در حالی‌که الکترون باید دستخوش تغییر بزرگی در اندازه حرکت شود. در این موارد، گذار[6] الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، می‌تواند با برهمکنش یک فونون شبکه (انرژی گرمایی) رخ دهد، در این صورت اندازه حرکت مورد نیاز، تأمین می‌شود. البته گذارهای مستقیم الکترونی نیز امکان پذیر هستند، اما یک انرژی فوتونی مینیمم برای برانگیخته کردن الکترون مورد نیاز است که بزرگتر از شکاف انرژی می باشد.

 نورتابی[7]

لومینسانس، تابش فوتون‌های ماورای بنفش، مرئی یا مادون قرمز از یک نمونه ی تحریک‌ شده توسط الکترون‌ها است. اصطلاح لومینسانس از واژه ی لاتینی «لومن» به معنای «نور» گرفته شده‌است. لومینسانس اولین بار در سال ۱۸۸۸ توسط فیزیکدانی به نام ایلهارت وایدمن[8] برای توصیف تمام پدیده‌های نوری که صرفاً به علت افزایش دما به وجود نیامده‌اند، معرفی شد.

تحريك با نور، ميدان الكتريكي يا گرما مي‌تواند تعدادي از الكترون‌ها را از نوار ظرفيت به نوار رسانش بفرستد. در اين حالت، تراز ظرفيتي كه خالي مي‌شود، «حفره» نام دارد، زيرا در طي اين رويداد، يك حفرة موقت در نوار ظرفيت به وجود می آید.تحريكي كه باعث جهش الكترون از نوار ظرفيت به نوار رسانش و ايجاد حفره مي‌شود، بايد انرژي‌اي بيش از پهناي شکاف داشته باشد. شکاف انرژی در نيمه‌رساناهاي توده‌اي، مقدار ثابتي است كه تنها به تركيب آن مواد بستگي دارد. الكترون‌هايي كه به نوار رسانش برانگيخته شده‌اند، برای مدت بسیار کوتاهی برانگیخته می­مانند و فورا با آزاد کردن انرژی به حالت پایه بر می گردند. ﺍﻳﻦ ﺑﺎﺯﮔﺸﺖ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻫﺎ، ﺑﺎ ﺗﺎﺑﺶ ﺍﻧﺮژﻯ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﻧﻮﺭ ﻫﻤﺮﺍﻩ ﺍﺳﺖ و ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺍﻳﻦ ﻭﻳﮋﮔﻰ که ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻫﺎ ﻣﺠﺎﺯ ﺑﻪ ﺩﺍﺷﺘﻦ ﺍﻧﺮژﻯ در فاصله ی بین شکاف نیستند ﻧﻮﺭ ﺗﻨﻬﺎ ﺩﺭ ﻃﻮﻝ ﻣﻮﺝ ﻣﻌﻴﻨﻰ ﺗﺎﺑﺶ ﻣﻰ شود. به فرآیند صورت گرفته لومینسانس گفته می شود. لومینسانس دارای انواع مختلفی می باشد که در جدول 1 آورده شده است. در این فصل فقط فرآیند فوتولومینسانس مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

1-3 فوتولومینسانس[9]

یکی از معروف ترین انواع لومینسانس است که در آن تحریک به وسیله فوتون ها صورت می گیرد. به لحاظ مکانیک کوانتوم، در این فرآیند برانگیختگی به سطوح انرژی بالاتر و سپس بازگشت به سطح انرژی پایین تر با جذب و نشر فوتون همراه است. شدت فوتولومینسانس بستگی به شدت نور برانگیزاننده دارد.

 جدول 1-1 انواع لومینسانس

انواع لومینسانس
نوع	نحوه ی تحریک
فتولومینسانس	جذب نور (فوتون‌ها)
رادیولومینسانس	تابش‌های یونیزه کننده (اشعه ایکس - اشعه آلفا - اشعه بتا- اشعه گاما)
کاتدلومینسانس	اشعه کاتدی (پرتو الکترونی)
الکترولومینسانس	میدان الکتریکی
ترمولومینسانس	گرم کردن پس از ذخیره‌ی انرژی اولیه
کمولومینسانس	فرآیندهای شیمیایی (مثلا اکسیداسیون)
بایولومینسانس	فرآیندهای بیوشمیایی
تریبولومینسانس	نیروهای اصطکاکی و الکترواستاتیکی
سونولومینسانس	امواج مادون صوت

 1-3-1انواع فوتولومینسانس

  گسیل تابشی را براساس مسیری که الکترون برای بازترکیب طی می کند، می توان به سه دسته ی فسفرسانس، تابش های تشدیددار[10] و فلورسانس طبقه بندی کرد. فسفرسانسی یکی از اشکال مهم فوتولومینسانس می باشد که در آن انرژی فوتون های جذب شده سبب یک گذار از یک حالت الکترونی به یک حالت الکترونی دیگر با اسپین بالاتر، معمولا به یک حالت سه تایی، می شود (در حالت تکی اسپین الکترون برانگیخته شده با الکترون حالت پایه یکسان است). از این رو انرژی در حالت سه تایی به دام می افتد، زیرا گذار معکوس به حالت انرژی تکی پایین تر، از نظر کوانتومی غیر مجاز است. این موضوع به این معنی است که این گذار خیلی آهسته تر از گذارهای دیگر اتفاق می افتد. در نتیجه یک فرآیند آهسته از گذار معکوس تابشی به حالت تکی خواهیم داشت که گاهی اوقات دقیقه ها یا ساعت ها به طول می انجاند. در تابش های تشدید دار یک فوتون با طول موج مشخص جذب شده و فورا یک فوتون هم ارز گسیل می شود. این فرآیند به شدت سریع از مرتبه ns10 است. در فرآیند فلورسانس گذارهای انرژی درونی برای الکترون برانگیخته شده قبل از گسیل انرژی اتفاق می افتد. این اثر نیز یک فرآیند سریع می باشد اما در آن مقداری از انرژی اصلی تلف شده است. بنابراین فوتون های نور گسیلی انرژی کمتری دارند. طول عمر حالت های فلورسانسی کوتاه و در حد s ^9- 10-^5- 10 می باشد. با این وجود این زمان در مقابل زمان برانگیختکی که در حد ^12-10-^15- 10 ثانیه است، طولانی تر می باشد]4[.

[1]Quantum Dots

[2]Semiconductor

[3]Band gap

[4]Optoelectronic

[5]Direct transfer

[6]Transition

[7] Luminescence

[8]Eilhardt Widemann

[9] Photoluminescence

[10]resonance radiation