專利名稱：一種產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬納米發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法。
本發(fā)明提出的產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法，是基于自組織量子點(diǎn)陣列制備技術(shù)，具體步驟如下1、首先選擇合適的發(fā)光材料，其量子點(diǎn)具有較強(qiáng)的發(fā)光。在可見光范圍可以選擇如Si、ZnS、CdSe、ZnSe等。
2、將光發(fā)材料鍍?cè)谝r底上，其表面需平整。如果使用電激發(fā)，則該下層襯底應(yīng)選用摻雜過的相應(yīng)的n型(或p型)半導(dǎo)體材料。
3、根據(jù)圖形線條粗細(xì)，選擇具有適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)的離子透鏡系統(tǒng)，以確定相應(yīng)的離子束斑尺寸。例如，圖形線條在毫米或厘米級(jí)的，必須使用那些離子透鏡系統(tǒng)，其離子束斑在毫米或厘米級(jí)。圖形線條在微米或亞微米級(jí)的，必須使用那些離子透鏡系統(tǒng)，其離子束斑在微米或亞微米級(jí)。
4、按照預(yù)先設(shè)想的圖形(或文字)，通過移動(dòng)樣品位置進(jìn)行繪圖。如果是微區(qū)圖形，也可以采用移動(dòng)離子束的方式進(jìn)行繪圖。與此同時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)離子束的束斑以控制圖形線條的粗細(xì)，調(diào)節(jié)離子能量或束流密度以控制圖形線條將來受激發(fā)時(shí)的顏色。繪圖過程，可以由計(jì)算機(jī)精確控制。見

圖1所示。
5、在發(fā)光材料的圖形上鍍上一層襯底層。如果使用電激發(fā)，則對(duì)應(yīng)于下層襯層，上層襯底為摻雜過的相應(yīng)的p型(或n型)半導(dǎo)體材料。再在上、下襯底層上鍍上電極，即裝配成一個(gè)彩色的、平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形板。見圖2所示。
結(jié)合鍍膜技術(shù)，還可以制備多層的量子點(diǎn)圖形，以增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度。即在單層材料上鍍上相同的一層半導(dǎo)體材料，在這層膜上，產(chǎn)生同下面那層膜位置、形狀完全相同的量子點(diǎn)圖形。此過程可以重復(fù)繼續(xù)下去，直到達(dá)到所需要的層數(shù)為止。一般可為2-10層。
以上繪圖過程必須在真空環(huán)境中進(jìn)行。
本發(fā)明中，采用惰性離子束正入射(垂直于樣品表面)樣品表面。束斑大小決定了圖形線條的粗細(xì)，可通過調(diào)節(jié)離子透鏡參數(shù)來調(diào)節(jié)離子束斑。
本發(fā)明中，采用樣品在樣品平面移動(dòng)方式，繪制量子點(diǎn)圖形。如繪制微米級(jí)的圖形，也可采用離子束移動(dòng)的方式。
本發(fā)明中，所用樣品，其量子點(diǎn)已知具有較強(qiáng)發(fā)光特性，如Si、ZnS、CdSe、ZnSe等。
本發(fā)明中，結(jié)合鍍膜技術(shù)(如離子濺射沉積等)，可制備多層發(fā)光材料，以增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度。
本發(fā)明中，量子點(diǎn)圖形的顏色(發(fā)光波長(zhǎng))，通過離子束能量或/和束流密度調(diào)節(jié)量子點(diǎn)尺寸來決定，其原理是量子限域效應(yīng)。
此方法可應(yīng)用于制備發(fā)光裝潢裝飾材料和無需編碼/解碼設(shè)備的高密度圖文存儲(chǔ)材料等。
本發(fā)明的原理如下1、本發(fā)明利用了我們發(fā)展的自組織量子點(diǎn)制備技術(shù)(M.Lu(陸明)，X.J.Yang，S.S.Perry，J.W.Rabalais，Applied Physics Letters，80，2096(2002))，即離子束(圖1中“1”)濺射刻蝕固體表面(圖1中“2”)形成致密的量子點(diǎn)陣列(圖1中“3”，表示被放大的固體表面畫圈部分，在離子束斑區(qū)域內(nèi)形成了量子點(diǎn)陣列)。被濺射刻蝕材料預(yù)先沉積在無色透明襯底上(圖1中“4”)。
2、這些量子點(diǎn)陣列的形成來自于兩個(gè)效應(yīng)相反的過程之間的平衡，即濺射刻蝕引起的表面積的增大和表面擴(kuò)散引起的表面積的趨小。它們是自組織的量子點(diǎn)。固體表面的這些量子點(diǎn)陣列組成了圖形的線條或筆劃(圖1中“5”)，其粗細(xì)由離子束斑決定(見圖1中“3”)。
3、離子束可視為繪圖的“筆”，其粗細(xì)和位置由離子透鏡系統(tǒng)(圖1中“6”)控制。相關(guān)固體表面(圖1中“2”)可視為“紙”。繪圖時(shí)，也可采取“筆”固定而“紙”在紙平面移動(dòng)的方式。由于要求離子束必須接近正入射，即離子束方向基本垂直于固體表面，因此，一般宜采用“筆”固定而“紙”移動(dòng)的方式，尤其當(dāng)圖形尺寸較大時(shí)。
4、在沒有激發(fā)源作用時(shí)，所形成的量子點(diǎn)圖形不發(fā)光。只有在激發(fā)源作用下(圖1中“7”)，圖形線條發(fā)光，其顏色由組成該線條的量子點(diǎn)尺寸決定。這是由于量子限域效應(yīng)。該效應(yīng)指出當(dāng)固體尺寸小到一定程度時(shí)(如納米級(jí)的量子點(diǎn))，固體能級(jí)間距由量子點(diǎn)的尺寸所決定。而能級(jí)間距決定了發(fā)射光的波長(zhǎng)。我們所發(fā)展的離子束濺射形成自組織量子點(diǎn)陣列的方法，可以通過調(diào)節(jié)離子束濺射參數(shù)，如離子能量、束流密度等，精確地控制量子點(diǎn)的尺寸。因此，量子點(diǎn)線條的顏色由離子束的能量或束流密度控制。激發(fā)可以是光激發(fā)，也可以是電激發(fā)。
圖2為彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形板圖示。
圖3為兩塊重疊的量子點(diǎn)圖形板櫥窗裝飾圖示。其中圖3(a)為未加電時(shí)的櫥窗，透明如故，圖3(b)為其中一塊圖形板加電后櫥窗顯示的圖形，圖3(c)為另一塊圖形板加電后櫥窗顯示的圖形。
圖中標(biāo)號(hào)1為離子束，2為發(fā)光材料膜，3為由自組織量子點(diǎn)組成的圖形線條，其粗細(xì)由離子束斑決定，4為下層襯底，5為圖形線條，其發(fā)光顏色由離子能量或束流密度控制，6為離子透鏡，7為光激發(fā)源，8為上層襯底，9為電極，10為電池，11為產(chǎn)生的發(fā)光量子點(diǎn)圖形。
實(shí)施例1利用該方法制備一種高密度文圖存儲(chǔ)器，它的特點(diǎn)是密度高，可以直接閱讀而無需編碼和解碼。
1、如圖2，在n型半導(dǎo)體上，利用鍍膜技術(shù)鍍上厚為1微米的半導(dǎo)體膜。
2、利用濺射離子槍產(chǎn)生的聚焦Ar離子束，以正入射角度濺射半導(dǎo)體膜表面，束流密度要求大于150微安/平方厘米，束斑小于0.4微米。以此聚焦離子束為“筆”，在膜表面“書寫”范圍在4.5微米的中文字。每個(gè)字之間間隔0.5微米。這樣每個(gè)字占據(jù)5微米×5微米的面積。在1厘米×1厘米范圍內(nèi)就可以記錄4×106個(gè)中文字，這相當(dāng)于4部《水滸傳》。以上技術(shù)參數(shù)，按目前的技術(shù)水平是完全可行的。
3、如圖2，在半導(dǎo)體上覆蓋上p型半導(dǎo)體。
4、在n型和p型半導(dǎo)體，鍍上Ni/Au作為電極。
5、整塊材料在400℃下，空氣中快速加熱30秒，以形成透明的電極。6、按圖2組裝成一本“書”，可借助400倍光學(xué)放大鏡直接閱讀。
實(shí)施例2利用本發(fā)明方法制備一種窗飾發(fā)光材料。如例1步驟制作量子點(diǎn)圖形，不過這里是宏觀圖形。發(fā)光量子點(diǎn)圖形板(見圖2)很薄(可小于1毫米)，而且在未激發(fā)情況下，為無色透明。它們可以貼在例如商店的櫥窗上，不加電時(shí)，不影響櫥窗的透明度，加電后，則在櫥窗上顯示裝飾圖案或文字。若幾塊圖形板疊在一起，貼在櫥窗上，通過先后加電，還可顯示多種裝飾圖案或文字，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法，基于自組織量子點(diǎn)陣列制備技術(shù)，其特征在于具體步驟如下(1)首先選擇合適的發(fā)光材料，其量子點(diǎn)具有較強(qiáng)的發(fā)光；(2)將光發(fā)材料鍍?cè)谝r底上，其表面需平整；(3)根據(jù)圖形線條粗細(xì)，選擇具有適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)的離子透鏡系統(tǒng)，以確定相應(yīng)的離子束斑尺寸；(4)按照預(yù)先設(shè)想的圖形，通過移動(dòng)樣品位置進(jìn)行繪圖，或者采用移動(dòng)離子束的方式進(jìn)行繪圖；(5)在發(fā)光材料的圖形上鍍上一層襯底層，再在上、下襯底層上鍍上電極，即裝配成一個(gè)彩色的、平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法，其特征在于可見光的發(fā)光材料選擇Si、ZnS、CdSe、SnSe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法，其特征在于使用電激發(fā)時(shí)，下層襯底選用摻雜過的n型(或p型)半導(dǎo)體材料，與之相應(yīng)上層襯層選用摻雜過的p型(或n型)半導(dǎo)體材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法，其特征在于發(fā)光的量子點(diǎn)圖形重疊2-10層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法，其特征在于調(diào)節(jié)離子束的束斑以控制繪制圖形線條的粗細(xì)，調(diào)節(jié)離子能量或束流密度以控制圖形線條將來受激發(fā)時(shí)的顏色。
6.一種如權(quán)利要求1-5所述的方法產(chǎn)生的彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形板，其特征在于中間為具有量子點(diǎn)圖形的發(fā)光材料層，發(fā)光材料層的上、下兩側(cè)為襯底材料層，再上下兩側(cè)為電極層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖形板，其特征在于中間的發(fā)光材料層為重疊2-10層。
全文摘要
本發(fā)明屬納米發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種產(chǎn)生彩色平面發(fā)光量子點(diǎn)圖形的方法。它的技術(shù)基礎(chǔ)是發(fā)明人發(fā)展的聚焦離子束濺射制備自組織量子點(diǎn)陣列的方法(M.Lu(陸明)，X.J.Yang，S.S.Perry，J.W.Rabalais，Applied Physics Letters，80，2096(2002))。利用聚焦離子束在經(jīng)遴選的半導(dǎo)體表面繪制量子點(diǎn)圖形，并通過調(diào)節(jié)離子束參數(shù)來控制離子束斑和量子點(diǎn)尺寸。圖形顏色根據(jù)量子限域效應(yīng)由量子點(diǎn)尺寸決定。此方法可應(yīng)用于無需編碼/解碼設(shè)備的高密度文圖存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)，也可用于裝潢裝飾材料的制備。
文檔編號(hào)C09K11/88GK1447294SQ0311532
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月8日
發(fā)明者陸明 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)