束缚激子（Bound Exciton）是半导体物理和光电子器件研究中的一个重要概念，它由电子与空穴通过库仑相互作用结合而成，形成一种稳定的电子–空穴对。这种结合体在半导体中具有独特的光学性质，其行为受到晶体结构、缺陷、杂质、温度、电场等多种因素的影响。
束缚激子的研究不仅有助于理解半导体的光学特性，还为开发新型光电子器件提供了理论基础和技术支持。
束缚激子的基本概念
束缚激子是指激子被晶体中的杂质或缺陷束缚，从而形成一种稳定的电子–空穴对。这种束缚可以是由于中性受主或施主杂质的存在，也可以是由于缺陷态的形成。在半导体中，激子的束缚能决定了其稳定性，束缚能越大，激子越不容易解离，从而更容易形成稳定的束缚激子。
例如，在ZnSe薄膜中，束缚在中性受主杂质上的束缚激子发光（I1峰）随着薄膜厚度的增加逐渐减弱，而束缚在中性施主杂质上的束缚激子发光（I2峰）则逐渐增强。这表明，束缚激子的形成与晶体中的杂质类型和浓度密切相关。
束缚激子的形成机制
束缚激子的形成机制主要包括两种类型：一种是自由激子整体被束缚，另一种是先被束缚一个电荷，再通过库仑作用束缚相反电荷形成束缚激子。在半导体中，激子的束缚能越大，自由激子越容易与杂质结合形成发光中心。
例如，在ZnO纳米微晶中，束缚激子的激活能较大，并随薄膜沉积环境中氧气压力的增加而逐渐增大。这表明，氧气压力的变化会影响ZnO薄膜中杂质的形成，从而影响束缚激子的形成和稳定性。
束缚激子的光学特性
束缚激子的光学特性主要体现在其发光峰的位置和强度上。在半导体中，束缚激子的发光峰通常位于自由激子发光峰的蓝移位置，这是因为束缚激子的能量较低，需要更高的能量才能激发。
例如，在单层MoS2中，辐照后的样品在低温下表现出缺陷态束缚激子发光的显著差异。通过圆偏振分辨PL表征，可以推导出缺陷态束缚激子的谷极化率，从而揭示其光学特性。
此外，在ZnCdSe/ZnSe/GaAs异质结构中，随着ZnSe层厚度的增加，束缚激子发光峰的特性也发生了有规律的变化。这表明，束缚激子的发光特性不仅与晶体结构有关，还与界面附近的杂质和缺陷有关。
束缚激子的动力学行为
束缚激子的动力学行为主要体现在其形成和复合过程上。在半导体中，束缚激子的形成可以通过光激发或电荷注入实现。
例如，在有机共轭聚合物中，激子的形成可以通过单光子激发形成双激子态，而双激子态具有反向极化的特性。此外，在Cs3Cu2I5晶体中，通过引入Tl束缚激子发光通道，可以实现激子限域俘获，抑制激子–激子相互作用，从而提高闪烁发光效率。
这些研究表明，束缚激子的动力学行为不仅受到晶体结构的影响，还与外部条件（如磁场、温度等）密切相关。
束缚激子的应用前景
束缚激子的研究不仅有助于理解半导体的光学特性，还为开发新型光电子器件提供了理论基础和技术支持。
例如，在有机太阳能电池中，激子的束缚能与激子分离的驱动力线性相关，而非富勒烯受体的激子束缚能与单晶中分子堆积结构密切相关。研究人员发现，固态Y6具有极小的激子束缚能，即使在没有给/受体界面驱动力的帮助下，纯的Y6薄膜在光激发后也能够直接自发地产生自由电荷载流子。
这一发现为获得高效有机太阳能电池提供了新思路。此外，在钙钛矿材料中，通过引入深能级缺陷形成束缚激子，可以实现高性能的蓝光放大自发辐射（ASE）。
这些研究表明，束缚激子的研究不仅有助于理解半导体的光学特性，还为开发新型光电子器件提供了理论基础和技术支持。
束缚激子的实验研究方法
束缚激子的实验研究方法主要包括光致发光（PL）光谱、拉曼光谱、时间分辨光谱等。例如，在单层MoS2中，通过圆偏振分辨PL表征，可以推导出缺陷态束缚激子的谷极化率。
此外，在ZnO纳米微晶中，通过变温荧光光谱可以研究束缚激子的激活能。这些实验方法为研究束缚激子的形成和动力学行为提供了有力的工具。
结论
束缚激子是半导体物理和光电子器件研究中的一个重要概念，其形成和行为受到多种因素的影响。通过研究束缚激子的形成机制、光学特性、动力学行为及其应用前景，可以为开发新型光电子器件提供理论基础和技术支持。未来的研究应进一步探索束缚激子的调控机制，以实现更高效的光电器件性能。