纳米级发光新材料技术发展动态

　　现阶段三类纳米级发光新材料的技术发展动态，也许是未来照明的光源。

　　量子点发光技术

　　量子点发光技术近年来发展很快，是发光领域中的新技术路线。

　　量子点LED：量子点(QD)是用纳米技术制作，QD颗粒一般在2nm～12nm之间，量子点发光体由发光核、半导体壳、有机配位体组成，如发光核CdSe(硒化镉)QD颗粒，其优点是：可发射可见光至红外，发光稳定，内量子效率可达90%，与LED结合产生色彩丰富、十分明亮的暖白光。

　　3D打印QD-LED：普林斯顿大学首次展示3D打印量子点LED，其底层是由纳米银颗粒构成，顶部是两个聚合物为铟镓，量子点是纳米级硒化镉颗粒，外壳是硫化锌包裹，上下电极连接后，硒化镉纳米颗粒发出不同的可见光，将QD-LED打印到具有曲线形表面的装置上，如接触透镜。该技术将扩大到3D打印其他的有源器件，如MEMS、晶体管、太阳能电池等。一旦产业化将是颠覆性创新技术。

　　紫外光(UV)QD-LED：美国圣母大学正在开发氮化镓QD，其电子空穴通过隧道贯穿(电子穿透垫垒的现象)，不是传统的漂移扩散。可发紫外光(UV)的LED，取得很大进展，有详细的文章报导。

　　量子点混合LED：日本广岛大学研究量子点无机/有机混合发光二极管，可发出白光、蓝光，电源电压6V，有效发光量的78%来自硅量子点，提高输出功率密度350倍。新型LED在常温常压下通过溶液加工过程，号称是照明系统上一场新的革命。

　　量子点电激发蓝光LED：台东大学与远东科大合作研究，以胶体量子点硫化镉、硫化锌制作出电激发蓝光二极管，以类似有机的无机材料做出来，可靠性高，可取代OLED在平板上的应用。

　　量子点背光技术：嵌入量子点背光源，采用嵌入量子点的光学薄膜(QDEF)应用于LCD背光源，量子点在蓝光LED背光的照射下，发出红光、绿光形成RGB白光。提高LED发光效率，提升LCD色彩饱和度，将LCD色域提升30%，也增加背光亮度，降低能耗，并已产业化。预计这种彩电2015年生产130万台，2018年达1870万台。

　　第二代量子点显示技术：浙大两个研究小组合作开发，将量子点放入溶液中，具有晶体和溶液的双重性能，原理上让电子减缓“步伐”，促使电子与空穴有效相会复合，大大提升量子点LED效率、性能和稳定性，发光量子效率可达100%，RGB彩色丰富。应用于显示和照明上取得突破。

　　石墨烯发光技术：发现石墨烯发光是个新的突破，另外可在石墨烯衬底上生长第三代半导体。

　　石墨烯发光灯泡：哥伦比亚大学和首尔大学等单位合作研究，将石墨烯微细丝附加在金属电极上，两边为SiO2，悬挂在硅衬底的方式。通电流加热至超过2500℃，从而发明亮的光，石墨烯的温度不会传给衬底。利用发光长细丝与硅基板的反弹干涉，可调整所发射的光谱，号称是世界上最薄灯泡，并可应用于光通信。该技术如产业化将是照明领域的颠覆性创新。

　　石墨烯LED：清华大学近期发布采用二种石墨烯，即氧化石墨烯(GO)和还原石墨烯(rGO)混合组成LED，随着外加电压的变化，可改变发光波长，这二种界面存在一系列离散的能级，可在发光、传感器、柔性显示上应用。

　　SiC+石墨烯+GaN薄膜：在SiC圆片上将硅汽化，并将留下的石墨烯薄膜稳妥地转移至硅基板上，在此石墨烯衬底上采用直接凡德瓦外延法，生长高质量单晶GaN薄膜，将大幅度降低半导体组件成本。IBM近期宣称，已掌握这些技术，将在5年内投资30亿美元，发展在石墨烯衬底上生长高频晶体管、光探测器、生物传感器以及“后Si时代”组件，首先大幅度降低GaN蓝光成本。

　　玻璃基板+石墨烯+溅射GaN：东京大学藤网洋研究团队发表在玻璃基板上转印石墨烯多层膜，并在膜上用脉冲溅射法(PSD)形成GaN(AlN+n-GaN+GaN与InGaN多层结构多量子阱MQWs+P-GaN)。其优点：生长GaN品质大幅度提升，可制作RGB三原色组合LED，大幅度降低成本。还可制作GaN构成的高迁移晶体管(HEMT)，该技术路线如果获得产业化，将是颠覆性的创新。

　　Si+石墨烯+分子束外延GaN：西班牙Graphenea公司宣布，与日本立命馆大学、麻省理工大学、首尔大学、韩国东国大学合作用普通化学气相沉积法(CVD)在铜箔上形成石墨烯，直接转印在硅基板上，然后在石墨烯上采用射频等离子辅助分子束外延法(RF-MBE)生长GaN晶体，具有六角形对称性是沿C轴向生长，是从Si(100)面上生长的GaN晶体，实现了最高品质。

　　上述三种石墨烯衬底上生长高质量GaN技术，均不采用MOCVD设备，生长效率高、成本低、质量高，除了应用于发光、激光之外，均可发展第三代宽禁带半导体，这将是颠覆性的创新技术。

　　纳米发光技术

　　纳米发光的结构形式是多样的，这里介绍几种典型的纳米发光结构形态。

　　纳米线型LED：波尔研究所研究纳米线型LED，其纳米线的核是GaN材料，长度约2微米，直径约10～500纳米，外围材料是InGaN。二极管中的光是由两种材料间的机械张力决定的，这种纳米线是可以使用更少的能量提供更高的亮度，更节能，可用于手机、电视以及很多形式的灯光，号称将改变未来照明世界。

　　超薄非结晶电介质膜发光材料：美国德州农机大学开发一种发光芯片，采用在硅晶圆上进行室温溅射沉积方法制成电介质膜，其中有纳米晶层，可提升发光密度，在工艺中可与硅IC兼容，工艺简单，是新的纳米发光材料。