納米級發(fā)光新材料技術發(fā)展動態(tài)

　　現階段三類納米級發(fā)光新材料的技術發(fā)展動態(tài)，也許是未來照明的光源。

　　量子點發(fā)光技術

　　量子點發(fā)光技術近年來發(fā)展很快，是發(fā)光領域中的新技術路線。

　　量子點LED：量子點(QD)是用納米技術制作，QD顆粒一般在2nm～12nm之間，量子點發(fā)光體由發(fā)光核、半導體殼、有機配位體組成，如發(fā)光核CdSe(硒化鎘)QD顆粒，其優(yōu)點是：可發(fā)射可見光至紅外，發(fā)光穩(wěn)定，內量子效率可達90%，與LED結合產生色彩豐富、十分明亮的暖白光。

　　3D打印QD-LED：普林斯頓大學首次展示3D打印量子點LED，其底層是由納米銀顆粒構成，頂部是兩個聚合物為銦鎵，量子點是納米級硒化鎘顆粒，外殼是硫化鋅包裹，上下電極連接后，硒化鎘納米顆粒發(fā)出不同的可見光，將QD-LED打印到具有曲線形表面的裝置上，如接觸透鏡。該技術將擴大到3D打印其他的有源器件，如MEMS、晶體管、太陽能電池等。一旦產業(yè)化將是顛覆性創(chuàng)新技術。

　　紫外光(UV)QD-LED：美國圣母大學正在開發(fā)氮化鎵QD，其電子空穴通過隧道貫穿(電子穿透墊壘的現象)，不是傳統(tǒng)的漂移擴散。可發(fā)紫外光(UV)的LED，取得很大進展，有詳細的文章報導。

　　量子點混合LED：日本廣島大學研究量子點無機/有機混合發(fā)光二極管，可發(fā)出白光、藍光，電源電壓6V，有效發(fā)光量的78%來自硅量子點，提高輸出功率密度350倍。新型LED在常溫常壓下通過溶液加工過程，號稱是照明系統(tǒng)上一場新的革命。

　　量子點電激發(fā)藍光LED：臺東大學與遠東科大合作研究，以膠體量子點硫化鎘、硫化鋅制作出電激發(fā)藍光二極管，以類似有機的無機材料做出來，可靠性高，可取代OLED在平板上的應用。

　　量子點背光技術：嵌入量子點背光源，采用嵌入量子點的光學薄膜(QDEF)應用于LCD背光源，量子點在藍光LED背光的照射下，發(fā)出紅光、綠光形成RGB白光。提高LED發(fā)光效率，提升LCD色彩飽和度，將LCD色域提升30%，也增加背光亮度，降低能耗，并已產業(yè)化。預計這種彩電2015年生產130萬臺，2018年達1870萬臺。

　　第二代量子點顯示技術：浙大兩個研究小組合作開發(fā)，將量子點放入溶液中，具有晶體和溶液的雙重性能，原理上讓電子減緩“步伐”，促使電子與空穴有效相會復合，大大提升量子點LED效率、性能和穩(wěn)定性，發(fā)光量子效率可達100%，RGB彩色豐富。應用于顯示和照明上取得突破。

　　石墨烯發(fā)光技術：發(fā)現石墨烯發(fā)光是個新的突破，另外可在石墨烯襯底上生長第三代半導體。

　　石墨烯發(fā)光燈泡：哥倫比亞大學和首爾大學等單位合作研究，將石墨烯微細絲附加在金屬電極上，兩邊為SiO2，懸掛在硅襯底的方式。通電流加熱至超過2500℃，從而發(fā)明亮的光，石墨烯的溫度不會傳給襯底。利用發(fā)光長細絲與硅基板的反彈干涉，可調整所發(fā)射的光譜，號稱是世界上最薄燈泡，并可應用于光通信。該技術如產業(yè)化將是照明領域的顛覆性創(chuàng)新。

　　石墨烯LED：清華大學近期發(fā)布采用二種石墨烯，即氧化石墨烯(GO)和還原石墨烯(rGO)混合組成LED，隨著外加電壓的變化，可改變發(fā)光波長，這二種界面存在一系列離散的能級，可在發(fā)光、傳感器、柔性顯示上應用。

　　SiC+石墨烯+GaN薄膜：在SiC圓片上將硅汽化，并將留下的石墨烯薄膜穩(wěn)妥地轉移至硅基板上，在此石墨烯襯底上采用直接凡德瓦外延法，生長高質量單晶GaN薄膜，將大幅度降低半導體組件成本。IBM近期宣稱，已掌握這些技術，將在5年內投資30億美元，發(fā)展在石墨烯襯底上生長高頻晶體管、光探測器、生物傳感器以及“后Si時代”組件，首先大幅度降低GaN藍光成本。

　　玻璃基板+石墨烯+濺射GaN：東京大學藤網洋研究團隊發(fā)表在玻璃基板上轉印石墨烯多層膜，并在膜上用脈沖濺射法(PSD)形成GaN(AlN+n-GaN+GaN與InGaN多層結構多量子阱MQWs+P-GaN)。其優(yōu)點：生長GaN品質大幅度提升，可制作RGB三原色組合LED，大幅度降低成本。還可制作GaN構成的高遷移晶體管(HEMT)，該技術路線如果獲得產業(yè)化，將是顛覆性的創(chuàng)新。

　　Si+石墨烯+分子束外延GaN：西班牙Graphenea公司宣布，與日本立命館大學、麻省理工大學、首爾大學、韓國東國大學合作用普通化學氣相沉積法(CVD)在銅箔上形成石墨烯，直接轉印在硅基板上，然后在石墨烯上采用射頻等離子輔助分子束外延法(RF-MBE)生長GaN晶體，具有六角形對稱性是沿C軸向生長，是從Si(100)面上生長的GaN晶體，實現了最高品質。

　　上述三種石墨烯襯底上生長高質量GaN技術，均不采用MOCVD設備，生長效率高、成本低、質量高，除了應用于發(fā)光、激光之外，均可發(fā)展第三代寬禁帶半導體，這將是顛覆性的創(chuàng)新技術。

　　納米發(fā)光技術

　　納米發(fā)光的結構形式是多樣的，這里介紹幾種典型的納米發(fā)光結構形態(tài)。

　　納米線型LED：波爾研究所研究納米線型LED，其納米線的核是GaN材料，長度約2微米，直徑約10～500納米，外圍材料是InGaN。二極管中的光是由兩種材料間的機械張力決定的，這種納米線是可以使用更少的能量提供更高的亮度，更節(jié)能，可用于手機、電視以及很多形式的燈光，號稱將改變未來照明世界。

　　超薄非結晶電介質膜發(fā)光材料：美國德州農機大學開發(fā)一種發(fā)光芯片，采用在硅晶圓上進行室溫濺射沉積方法制成電介質膜，其中有納米晶層，可提升發(fā)光密度，在工藝中可與硅IC兼容，工藝簡單，是新的納米發(fā)光材料。