การเปล่งแสงจากอินเดียมอาร์เซไนด์ควอนตัมดอตโมเลกุล

Abstract

รายงานการปลูกและสมบัติทางแสงของควอนตัมดอตโมเลกุล (QDMs) ซึ่งประกอบด้วย ควอนตัมดอตกลาง (cQDs) และ ควอนตัมดอตบริวาร (sQDs) cQDs และ sQDs มีทั้งการเกิดและขนาดกระจายตัวต่างกัน ทำให้มีสเปกตรัมที่ต่างกัน โครงสร้าง QDMs ถูกเตรียมขึ้นโดยการปลูกซ้ำของ InAs บนแม่แบบหลุมนาโน (nanohole) ดังนั้นสมบัติของ cQDs และ sQDs จึงได้รับผลกระทบจากโครงสร้างหลุมนาโนชั้นล่าง โครงสร้างและสมบัติทางแสงของ QDMs ถูกศึกษาควบคู่กันไปโดยเปลี่ยนความหนาการกลบและการปลูกซ้ำ ผล PL ตามอุณหภูมิของ QDMs แสดงพฤติกรรมแบบ 2 กลุ่มที่เป็นเอกลักษณ์ ต่างจากโครงสร้าง QDs หรือโครงสร้างนาโนอื่น ซึ่งเป็นผลจาก QDMs มีขนาด QDs กระจายตัวเป็น 2 กลุ่ม สเปกตรัมของ QDMs อธิบายได้ด้วยฟังก์ชัน Gaussian หลายฟังก์ชัน ซึ่งแสดงการเปล่งแสงจากระดับพลังงานพื้นจาก cQDs และ sQDs การเปล่งแสงของ cQDs ขึ้นกับความหนาของชั้นกลบอย่างมาก และแทบจะเป็นอิสระต่อความหนาปลูกซ้ำ ในขณะที่การเปล่งแสงของ sQDs ขึ้นกับพารามิเตอร์ทั้ง 2 ตัว ยิ่งชั้นกลบหนา สเปกตรัมของ cQDs ก็ยิ่งมีระดับพลังงานต่ำ เมื่อชั้นกลบหนา 6 ML สเปกตรัมของ cQDs อยู่ในช่วง 1.16-1.19 eV และเมื่อชั้นกลบหนา 25 ML ระดับพลังงานทั้งช่วงจะลดลง (red-shifted) มาที่ 1.05-1.07 eV การเปล่งแสงของ sQDs ต้องปลูกซ้ำหนาขึ้นเมื่อชั้นกลบหนาขึ้น มิฉะนั้น sQDs จะเกิดขึ้นไม่สมบูรณ์และไม่ปรากฏการเปล่งแสงจาก sQDs สเปกตรัมของ sQDs เมื่อชั้นกลบและปลูกซ้ำหนาเหมาะสม อยู่ในช่วง 1.11-1.21 eV ความกว้างที่ครึ่งของยอด (FWHM) ของ cQDs และ sQDs มีค่า 20-35 และ 60-75 meV ตามลำดับ ผล PL ตามอุณหภูมิแสดงให้เห็นว่า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สถานะพื้นของ cQDs มีพลังงานที่ลดลงอย่างช้าๆ ขณะที่ FWHM มีค่าเกือบคงที่ ในทางตรงกันข้าม สถานะพื้นของ sQDs เปลี่ยนแปลงแบบ sigmoidal ขณะที่ FWHM เปลี่ยนแปลงอย่างไม่สม่ำเสมอ เป็นผลจากการกระจายตัวใหม่ของคู่พาหะภายในและระหว่างโมเลกุล การซ้อน QDMs 2 ชั้นที่มีเงื่อนไขการปลูกต่างกันทำให้โครงสร้างสามารถเปล่งแสงได้ในช่วงกว้าง โครงสร้าง QDMs ซ้อน 2 ชั้นซึ่งยังไม่ถูกปรับให้เหมาะที่สุดแสดง FWHM ที่ 170 meV ส่วนนี้สามารถเป็นผลที่สำคัญสำหรับบทประยุกต์โฟโตโวลทาอิก