基于椭圆偏振光谱技术的胶体半导体量子阱的光学与介电特性研究

胶体半导体量子阱（Colloidal Quantum Wells, CQWs）是一类具有准二维结构的半导体纳米材料，其厚度通常控制在数个单层（monolayer, ML）范围内，而横向尺寸则显著更大（通常为几十至上百纳米），使得电子和空穴的量子限域效应主要发生在厚度方向。这种强维度各向异性使CQWs的光电特性对厚度高度敏感，例如带隙随层数显著变化，展现出典型的量子限域调控行为。这种层数依赖的物理性质使CQWs在宽波段光电子器件（如调制器、探测器、发射器）中具有广阔的应用前景。

作为II–VI族半导体材料的典型代表，硒化镉胶体量子阱（CdSe CQWs）可实现原子层级厚度精度的合成控制，这种高度可控性显著优于传统胶体量子点材料，能够有效避免因尺寸不均一引起的光学展宽，从而实现更窄的发射谱线和更高的光谱可控性。在实验上，CdSe CQWs的厚度可从单层（带隙约3.5 eV）连续调节至多层（带隙约1.6 eV），并且具有高荧光量子产率、窄带发射及高达100 cm²∙(V·s)⁻¹的载流子迁移率等优异性能，进一步拓展了其在高性能光电器件中的应用潜力。

近日，山东大学高原教授课题组采用热注入结合原子层沉积的方法，成功制备出一系列高质量、厚度可控的CdSe CQWs。在本项研究中，研究团队利用光谱椭偏技术系统地分析了2至7层厚度的CdSe CQWs的复折射率、介电函数及带隙的层数依赖行为，并结合Tauc公式和第一性原理计算对其光学带隙进行了定量分析。结果表明，CdSe CQWs的带隙随着层数增加从3.1 eV降低至2.0 eV，呈现出典型的量子限域特性；同时，折射率与消光系数也表现出明确的层数调控趋势。

本研究不仅深化了对CdSe CQWs层数依赖光学与介电特性的理解，也为其在高性能光电器件中的集成与应用提供了理论依据与实验支持。通过对厚度的原子级调控，实现了材料光学性质的精确调节，为未来量子发射器、太阳能电池、光电探测器等器件的设计与优化提供了新思路和技术路径。

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