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　　自20世紀(jì)80年代科學(xué)家提出“量子點(diǎn)”(Quantum Dot，QD)概念以來(lái)，量子點(diǎn)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(diǎn)材料有望用于光電器件領(lǐng)域如太陽(yáng)能電池、晶體管以及發(fā)光器件等。

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

　　近日，來(lái)自韓國(guó)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(shí)現(xiàn)了多色、高分辨率、大范圍的量子點(diǎn)沉積和圖形化技術(shù)，突破了當(dāng)前量子點(diǎn)技術(shù)實(shí)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(diǎn)沉積重現(xiàn)1967年安迪·沃霍爾(Andy Warhol)創(chuàng)作的“瑪麗蓮·夢(mèng)露(Marilyn Monroe)”藝術(shù)畫(huà)。圖片來(lái)源：Park et al. 2016 American Chemical Society

　　雖然目前已有多種量子點(diǎn)沉積及圖形化技術(shù)，然而由于量子點(diǎn)特殊的性質(zhì)，如高分子量，使得蒸發(fā)沉積技術(shù)難以實(shí)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(diǎn)圖形化技術(shù)。(a)量子點(diǎn)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(diǎn)圖形化。(c)紫外燈激發(fā)下的4英寸晶片上“瑪麗蓮·夢(mèng)露”。圖片來(lái)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(diǎn)疏水涂層的特性，傳統(tǒng)光刻技術(shù)中使用的有機(jī)化學(xué)試劑有可能會(huì)毀壞并溶解量子點(diǎn)。

　　如何既能利用傳統(tǒng)光刻技術(shù)，又能不損壞量子點(diǎn)本身呢?Park團(tuán)隊(duì)對(duì)量子點(diǎn)涂層進(jìn)行親水性修飾，如此一來(lái)，光刻過(guò)程中量子點(diǎn)將不會(huì)遭受有機(jī)溶劑中溶解。

　　此外，研究者還采用帶電基底，利用量子點(diǎn)與帶電基底之間的靜電引力輔助量子點(diǎn)的層層組裝(LbL)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多色、大范圍量子點(diǎn)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(lái)，不斷重復(fù)進(jìn)行光刻和組裝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多色、高分辨率以及大范圍均勻的量子點(diǎn)沉積。

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

　　為了驗(yàn)證該新型量子點(diǎn)沉積技術(shù)的實(shí)用化潛力，研究者利用紅、綠、紫、黃四種顏色的量子點(diǎn)，在4英寸石英晶片上用量子點(diǎn)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(mèng)露(Marilyn Monroe)藝術(shù)畫(huà)。

　　多彩、高分辨的“瑪麗蓮·夢(mèng)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(lái)，研究者計(jì)劃繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的量子點(diǎn)圖形化技術(shù)進(jìn)一步改善量子點(diǎn)光電顯示效果。

　　Park 稱：“利用這種方法，能夠優(yōu)化量子點(diǎn)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(huì)開(kāi)發(fā)出一片式、多波長(zhǎng)激發(fā)的光電探測(cè)器。”