2005年1月第16卷第1期照明工程学报ZHAOMINGGONGCHENGXUEBAOJan.2005Vol116No11崔一平韩旭东王著元张家雨(东南大学先进光子学中心,南京210018)摘要:本文介绍了一种新型的发光材料———量子点发光材料,描述了量子点材料的制备方法、发光特性,以及这种材料在照明光源器件中的应用前景。文中给出了我们制备的不同粒径的CdSe量子点材料的发光特性。关键词:量子点;发光;照明;光源QuantumDotLuminescenceMaterialsandItsApplicationsinLightSourceDevicesforIlluminationCuiYipingHanXudongWangZhuyuanZhangJiayu(AdvancedPhotonicsCenter,SoutheastUniversity,Nanjing210096)AbstractQuntumdotmaterial,anewtypeofluminescencematerial,isintroducedinthispaper.Thefabricationmethods,theluminescencebehaviorsforthematerialsarealsoreviewed.Abrightfutureoftheapplicationsofthequantumdotluminescencematerialsinlightsourcedevicesforilluminationisdescribed.TheluminescencewithdifferentcolorfordifferentdotsizesfromCdSequantumdotmadebyusispresented.Keywords:quantumdot;luminescence;illumination;lightsource引言在过去的几年中,发光二极管(LED)由于其较之传统光源的明显优势得到了迅速发展。高功率的LED已实际应用于汽车(如转向灯、刹车灯、仪表盘照明等)及大面积的户外显示屏中。但利用LED作为白光室内照明仍然面临一系列的问题。与用于显示的光源不同,照明光源的光谱质量及光源稳定性必须符合非常严格的标准。而LED在颜色一致性(照明光源中,红、绿、蓝光的光通量变化必须分别小于3%,3%和10%)以及稳定性方面依然存在较大的差距。因此,各国的科研人员一直在努力寻找新的固态光源的解决方案。近年来,量子点(QuantumDot,又称“人造原子”)凭借其自身独特的光电特性越来越受到人们的重视,成为研究的热点。量子点作为一种最新型的荧光材料,与传统的有机染料分子相比具有多种优势,其中最大的优点是颜色可调。单一种类的量子点材料就能够根据其尺寸变化产生不同颜色的单色光,甚至白光,这是染料分子根本无法实现的。此外,它还具有激发光谱宽并且连续分布,发射光谱单色性好,稳定性高等特点。因此,量子点在照明光源器件中拥有极广的应用开发前景。2003年,美国圣地亚国家实验室(SendiaNationalLaboratories)研制出了世界上的第一个量子点固态白光光源器件,为量子点照明光源器件的实用化开创了新的时代。1量子点发光材料量子点是低维量子结构材料的一种,由有限数目的原子组成,尺寸在l～100纳米之间。在量子点中,载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。根据量子力学分析,量子点中的载流子在三个维度方向上的能量都是量子化的,其态密度分布为一系列的分立函数,类似于原子光谱性质,因而人们往往也把量子点称之为“人工原子”。图1为3维体材料及几种低维量子结构的态密度分布。需要指出的是,并非小到100nm以下的材料就是量子点,真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时,才称之为量子点。由于电子(或空穴)被束缚在一个相对小的区域内,使电子(或空穴)之间的库仑作用极其显著,填充一个电子(或空穴)就要克服量子点中已有电子(或空穴)的排斥左右。图13维体材料及几种低维量子结构(量子阱,量子线,量子点)的态密度分布由于量子点结构对其中的载流子(如电子、空穴和激子)有强三维量子限制作用,它表现出一系列新颖的物理特性,例如表面效应、量子限域效应、量子隧穿效应、量子尺寸效应等,其中量子限域效应是量子点材料的一个重要性质。所谓量子限域效应,指的是量子点的能态密度随着其尺寸大小而变,换句话说,尺寸的大小决定了材料的光、电、磁特性。因此,控制尺寸就能控制发光波长。常见的量子点发光材料多为Ⅱ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族的元素组成,发光范围覆盖可见光及红外区域。其中Ⅱ-Ⅳ族的元素包括MgS,MgSe,CaS,CaSe,SrTe,BaS,ZnS,CdS,CdSe,CdTe等,Ⅲ-Ⅴ族的元素包括GaAs,InGaAs,InP,InAs等。研究比较多的是CdSe、CdTe,InGaN/GaN等。2量子点材料的制备方法量子点材料的制备方法很多,可以分为物理和化学两类制备方法。物理制备方法常常需要...
