量子点新突破：实现了大范围、高分辨率的量子点沉积及图形化

自20世纪80年代科学家提出“量子点”（Quantum Dot，QD）概念以来，量子点作为一种零维发光半导体纳米结构，因其量子限制效应表现出窄带光致发光特性吸引了大批研究者的兴趣。研究者称量子点材料有望用于光电器件领域如太阳能电池、晶体管以及发光器件等。

然而，至今量子点技术依然没有实现广泛的商业化应用。其中，最大的瓶颈在于无法实现基底上大范围、高分辨率的量子点沉积及图形化。

近日，来自韩国科学技术研究院（KIST）的Joon-Suh Park等研究者提出利用 传统光刻（Photolithography）技术结合静电辅助层层组装（LbL）技术，实现了多色、高分辨率、大范围的量子点沉积和图形化技术，突破了当前量子点技术实用化瓶颈。

该研究结果发表于10月11日《Nano Letter》杂志。

4英寸石英晶片上利用量子点沉积重现1967年安迪·沃霍尔（Andy Warhol）创作的“玛丽莲·梦露（Marilyn Monroe）”艺术画。图片来源：Park et al.©2016 American Chemical Society

虽然目前已有多种量子点沉积及图形化技术，然而由于量子点特殊的性质，如高分子量，使得蒸发沉积技术难以实行。并且，这些方法 只能在高分辨率与大范围沉积之间选择折中处理。

新型多色、高分辨率、大范围量子点图形化技术。（a）量子点图像化技术：光刻技术与静电辅助层层组装技术。（b）405nm激光激发下的多色量子点图形化。（c）紫外灯激发下的4英寸晶片上“玛丽莲·梦露”。图片来源：DOI：10.1021/acs.nanolett.6b03007

光刻技术（Photolithography）是一种高分辨率、批量化的图形化技术。然而，由于量子点疏水涂层的特性，传统光刻技术中使用的有机化学试剂有可能会毁坏并溶解量子点。

如何既能利用传统光刻技术，又能不损坏量子点本身呢？Park团队对量子点涂层进行亲水性修饰，如此一来， 光刻过程中量子点将不会遭受有机溶剂中溶解。

此外，研究者还采用 带电基底 ， 利用量子点与带电基底之间的静电引力辅助量子点的层层组装（LbL）过程，实现多色、大范围量子点沉积。

研究者正是将光刻技术与层层组装技术结合起来，不断重复进行光刻和组装过程，实现多色、高分辨率以及大范围均匀的量子点沉积。

Park称：“我们提出的新型量子点图形化技术能与传统半导体制造过程相兼容，有望解决业界的难题。相对于有机材料，量子点在暴露于外界水氧环境时具有更加稳定和可靠的特性，其应用相应也会比有机材料当前的应用更广泛，比如显示器、光电探测器、光电晶体管以及太阳能电池等等。”

为了验证该新型量子点沉积技术的实用化潜力，研究者利用红、绿、紫、黄四种颜色的量子点，在4英寸石英晶片上用量子点沉积图形化重现了艺术家安迪·沃霍尔（Andy Warhol）1967年创作的玛丽莲·梦露（Marilyn Monroe）艺术画。

多彩、高分辨的“玛丽莲·梦露”证明了 该技术能够实现多色、高精度、大范围光电显示效果。

未来，研究者计划继续开发新的量子点图形化技术进一步改善量子点光电显示效果。

Park 称：“利用这种方法，能够优化量子点发光二极管（QD-LED）结构，减小QD-LED的尺寸，并且获得更高的能量效率以及更高分辨率的显示效果，最终会开发出一片式、多波长激发的光电探测器。”

参考：Joon-Suh Park etal. "Alternative Patterning Process for Realization of Large-Area,Full-Color, Active Quantum Dot Display." Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03007

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