许 杰，李金泽，白 刚

（南京邮电大学 电子与光学工程学院，江苏 南京 210023）

半导体量子点材料因其独特的量子限域效应、库仑阻塞效应等特性而在新型的发光二极管（LED）、太阳能电池、非易失性存储器等领域有广泛的应用前景[1-4]。在这些器件中，量子点中的载流子浓度分布可能受到掺杂、电注入、光注入等因素的影响，而载流子分布又会显著影响发光二极管的发光效率、太阳电池的能量转换效率以及非易失性存储器的存储性能[5]，因此对这一性质进行定量表征是一个重要的研究课题。本实验利用原子力显微镜（AFM）和开尔文探针力显微镜（KFM），在微观尺度下对单个半导体量子点进行无损伤探测，利用静电学原理和半导体物理知识定量提取出载流子浓度分布信息。本实验具有一定的综合性，适合微电子科学与工程等专业高年级本科生的实验教学，能够激发学生的学习兴趣，增强其研究能力。

1 实验原理

通常，电导率和霍尔效应测试能够得到表征材料的载流子浓度，但这些测试在宏观尺度下进行，对量子点材料只能给出统计平均性质，同时这些测试中的金属电极可能与量子点材料形成肖特基势垒，导致较大的测量偏差[6]。开尔文探针力显微镜（KFM）探测试样表面与探针间的接触电势差，探测时探针与试样表面保持约数十纳米的间距，因此具有无电极接触、无损伤探测、微区探测等优点[7]。本实验利用纳米级导电探针直接对单个半导体量子点进行探测，在测量量子点的AFM 和KFM 图像后，通过静电场分析和维纳滤波等数字信号处理方法获知量子点的表面电势分布信息，最后根据半导体泊松方程从表面电势信号中定量提取出过剩载流子的浓度分布情况。……