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　　自20世紀(jì)80年代科學(xué)家提出“量子點”(Quantum Dot，QD)概念以來，量子點作為一種零維發(fā)光半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，因其量子限制效應(yīng)表現(xiàn)出窄帶光致發(fā)光特性吸引了大批研究者的興趣。研究者稱量子點材料有望用于光電器件領(lǐng)域如太陽能電池、晶體管以及發(fā)光器件等。

　　然而，至今量子點技術(shù)依然沒有實現(xiàn)廣泛的商業(yè)化應(yīng)用。其中，最大的瓶頸在于無法實現(xiàn)基底上大范圍、高分辨率的量子點沉積及圖形化。

　　近日，來自韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)的Joon-Suh Park等研究者提出利用傳統(tǒng)光刻(Photolithography)技術(shù)結(jié)合靜電輔助層層組裝(LbL)技術(shù)，實現(xiàn)了多色、高分辨率、大范圍的量子點沉積和圖形化技術(shù)，突破了當(dāng)前量子點技術(shù)實用化瓶頸。

　　該研究結(jié)果發(fā)表于10月11日《Nano Letter》雜志。

　　4英寸石英晶片上利用量子點沉積重現(xiàn)1967年安迪·沃霍爾(Andy Warhol)創(chuàng)作的“瑪麗蓮·夢露(Marilyn Monroe)”藝術(shù)畫。圖片來源：Park et al. 2016 American Chemical Society

　　雖然目前已有多種量子點沉積及圖形化技術(shù)，然而由于量子點特殊的性質(zhì)，如高分子量，使得蒸發(fā)沉積技術(shù)難以實行。并且，這些方法只能在高分辨率與大范圍沉積之間選擇折中處理。

　　新型多色、高分辨率、大范圍量子點圖形化技術(shù)。(a)量子點圖像化技術(shù)：光刻技術(shù)與靜電輔助層層組裝技術(shù)。(b)405nm激光激發(fā)下的多色量子點圖形化。(c)紫外燈激發(fā)下的4英寸晶片上“瑪麗蓮·夢露”。圖片來源：DOI：10.1021/acs.nanolett.6b03007

　　光刻技術(shù)(Photolithography)是一種高分辨率、批量化的圖形化技術(shù)。然而，由于量子點疏水涂層的特性，傳統(tǒng)光刻技術(shù)中使用的有機化學(xué)試劑有可能會毀壞并溶解量子點。

　　如何既能利用傳統(tǒng)光刻技術(shù)，又能不損壞量子點本身呢?Park團隊對量子點涂層進行親水性修飾，如此一來，光刻過程中量子點將不會遭受有機溶劑中溶解。

　　此外，研究者還采用帶電基底，利用量子點與帶電基底之間的靜電引力輔助量子點的層層組裝(LbL)過程，實現(xiàn)多色、大范圍量子點沉積。

　　研究者正是將光刻技術(shù)與層層組裝技術(shù)結(jié)合起來，不斷重復(fù)進行光刻和組裝過程，實現(xiàn)多色、高分辨率以及大范圍均勻的量子點沉積。

　　Park稱：“我們提出的新型量子點圖形化技術(shù)能與傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造過程相兼容，有望解決業(yè)界的難題。相對于有機材料，量子點在暴露于外界水氧環(huán)境時具有更加穩(wěn)定和可靠的特性，其應(yīng)用相應(yīng)也會比有機材料當(dāng)前的應(yīng)用更廣泛，比如顯示器、光電探測器、光電晶體管以及太陽能電池等等。”

　　為了驗證該新型量子點沉積技術(shù)的實用化潛力，研究者利用紅、綠、紫、黃四種顏色的量子點，在4英寸石英晶片上用量子點沉積圖形化重現(xiàn)了藝術(shù)家安迪·沃霍爾(Andy Warhol)1967年創(chuàng)作的瑪麗蓮·夢露(Marilyn Monroe)藝術(shù)畫。

　　多彩、高分辨的“瑪麗蓮·夢露”證明了該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多色、高精度、大范圍光電顯示效果。

　　未來，研究者計劃繼續(xù)開發(fā)新的量子點圖形化技術(shù)進一步改善量子點光電顯示效果。

　　Park 稱：“利用這種方法，能夠優(yōu)化量子點發(fā)光二極管(QD-LED)結(jié)構(gòu)，減小QD-LED的尺寸，并且獲得更高的能量效率以及更高分辨率的顯示效果，最終會開發(fā)出一片式、多波長激發(fā)的光電探測器。”