专利名称：一种产生彩色平面发光量子点图形的方法
技术领域：
本发明属纳米发光材料技术领域，具体涉及一种产生彩色平面发光量子点图形的方法。
本发明提出的产生彩色平面发光量子点图形的方法，是基于自组织量子点阵列制备技术，具体步骤如下1、首先选择合适的发光材料，其量子点具有较强的发光。在可见光范围可以选择如Si、ZnS、CdSe、ZnSe等。
2、将光发材料镀在衬底上，其表面需平整。如果使用电激发，则该下层衬底应选用掺杂过的相应的n型(或p型)半导体材料。
3、根据图形线条粗细，选择具有适当调节参数的离子透镜系统，以确定相应的离子束斑尺寸。例如，图形线条在毫米或厘米级的，必须使用那些离子透镜系统，其离子束斑在毫米或厘米级。图形线条在微米或亚微米级的，必须使用那些离子透镜系统，其离子束斑在微米或亚微米级。
4、按照预先设想的图形(或文字)，通过移动样品位置进行绘图。如果是微区图形，也可以采用移动离子束的方式进行绘图。与此同时，适当调节离子束的束斑以控制图形线条的粗细，调节离子能量或束流密度以控制图形线条将来受激发时的颜色。绘图过程，可以由计算机精确控制。见
图1所示。
5、在发光材料的图形上镀上一层衬底层。如果使用电激发，则对应于下层衬层，上层衬底为掺杂过的相应的p型(或n型)半导体材料。再在上、下衬底层上镀上电极，即装配成一个彩色的、平面发光量子点图形板。见图2所示。
结合镀膜技术，还可以制备多层的量子点图形，以增强发光强度。即在单层材料上镀上相同的一层半导体材料，在这层膜上，产生同下面那层膜位置、形状完全相同的量子点图形。此过程可以重复继续下去，直到达到所需要的层数为止。一般可为2-10层。
以上绘图过程必须在真空环境中进行。
本发明中，采用惰性离子束正入射(垂直于样品表面)样品表面。束斑大小决定了图形线条的粗细，可通过调节离子透镜参数来调节离子束斑。
本发明中，采用样品在样品平面移动方式，绘制量子点图形。如绘制微米级的图形，也可采用离子束移动的方式。
本发明中，所用样品，其量子点已知具有较强发光特性，如Si、ZnS、CdSe、ZnSe等。
本发明中，结合镀膜技术(如离子溅射沉积等)，可制备多层发光材料，以增强发光强度。
本发明中，量子点图形的颜色(发光波长)，通过离子束能量或/和束流密度调节量子点尺寸来决定，其原理是量子限域效应。
此方法可应用于制备发光装潢装饰材料和无需编码/解码设备的高密度图文存储材料等。
本发明的原理如下1、本发明利用了我们发展的自组织量子点制备技术(M.Lu(陆明)，X.J.Yang，S.S.Perry，J.W.Rabalais，Applied Physics Letters，80，2096(2002))，即离子束(图1中“1”)溅射刻蚀固体表面(图1中“2”)形成致密的量子点阵列(图1中“3”，表示被放大的固体表面画圈部分，在离子束斑区域内形成了量子点阵列)。被溅射刻蚀材料预先沉积在无色透明衬底上(图1中“4”)。
2、这些量子点阵列的形成来自于两个效应相反的过程之间的平衡，即溅射刻蚀引起的表面积的增大和表面扩散引起的表面积的趋小。它们是自组织的量子点。固体表面的这些量子点阵列组成了图形的线条或笔划(图1中“5”)，其粗细由离子束斑决定(见图1中“3”)。
3、离子束可视为绘图的“笔”，其粗细和位置由离子透镜系统(图1中“6”)控制。相关固体表面(图1中“2”)可视为“纸”。绘图时，也可采取“笔”固定而“纸”在纸平面移动的方式。由于要求离子束必须接近正入射，即离子束方向基本垂直于固体表面，因此，一般宜采用“笔”固定而“纸”移动的方式，尤其当图形尺寸较大时。
4、在没有激发源作用时，所形成的量子点图形不发光。只有在激发源作用下(图1中“7”)，图形线条发光，其颜色由组成该线条的量子点尺寸决定。这是由于量子限域效应。该效应指出当固体尺寸小到一定程度时(如纳米级的量子点)，固体能级间距由量子点的尺寸所决定。而能级间距决定了发射光的波长。我们所发展的离子束溅射形成自组织量子点阵列的方法，可以通过调节离子束溅射参数，如离子能量、束流密度等，精确地控制量子点的尺寸。因此，量子点线条的颜色由离子束的能量或束流密度控制。激发可以是光激发，也可以是电激发。
图2为彩色平面发光量子点图形板图示。
图3为两块重叠的量子点图形板橱窗装饰图示。其中图3(a)为未加电时的橱窗，透明如故，图3(b)为其中一块图形板加电后橱窗显示的图形，图3(c)为另一块图形板加电后橱窗显示的图形。
图中标号1为离子束，2为发光材料膜，3为由自组织量子点组成的图形线条，其粗细由离子束斑决定，4为下层衬底，5为图形线条，其发光颜色由离子能量或束流密度控制，6为离子透镜，7为光激发源，8为上层衬底，9为电极，10为电池，11为产生的发光量子点图形。
实施例1利用该方法制备一种高密度文图存储器，它的特点是密度高，可以直接阅读而无需编码和解码。
1、如图2，在n型半导体上，利用镀膜技术镀上厚为1微米的半导体膜。
2、利用溅射离子枪产生的聚焦Ar离子束，以正入射角度溅射半导体膜表面，束流密度要求大于150微安/平方厘米，束斑小于0.4微米。以此聚焦离子束为“笔”，在膜表面“书写”范围在4.5微米的中文字。每个字之间间隔0.5微米。这样每个字占据5微米×5微米的面积。在1厘米×1厘米范围内就可以记录4×106个中文字，这相当于4部《水浒传》。以上技术参数，按目前的技术水平是完全可行的。
3、如图2，在半导体上覆盖上p型半导体。
4、在n型和p型半导体，镀上Ni/Au作为电极。
5、整块材料在400℃下，空气中快速加热30秒，以形成透明的电极。6、按图2组装成一本“书”，可借助400倍光学放大镜直接阅读。
实施例2利用本发明方法制备一种窗饰发光材料。如例1步骤制作量子点图形，不过这里是宏观图形。发光量子点图形板(见图2)很薄(可小于1毫米)，而且在未激发情况下，为无色透明。它们可以贴在例如商店的橱窗上，不加电时，不影响橱窗的透明度，加电后，则在橱窗上显示装饰图案或文字。若几块图形板叠在一起，贴在橱窗上，通过先后加电，还可显示多种装饰图案或文字，如图3所示。
权利要求
1.一种产生彩色平面发光量子点图形的方法，基于自组织量子点阵列制备技术，其特征在于具体步骤如下(1)首先选择合适的发光材料，其量子点具有较强的发光；(2)将光发材料镀在衬底上，其表面需平整；(3)根据图形线条粗细，选择具有适当调节参数的离子透镜系统，以确定相应的离子束斑尺寸；(4)按照预先设想的图形，通过移动样品位置进行绘图，或者采用移动离子束的方式进行绘图；(5)在发光材料的图形上镀上一层衬底层，再在上、下衬底层上镀上电极，即装配成一个彩色的、平面发光量子点图形板。
2.根据权利要求1所述的产生彩色平面发光量子点图形的方法，其特征在于可见光的发光材料选择Si、ZnS、CdSe、SnSe。
3.根据权利要求1所述的产生彩色平面发光量子点图形的方法，其特征在于使用电激发时，下层衬底选用掺杂过的n型(或p型)半导体材料，与之相应上层衬层选用掺杂过的p型(或n型)半导体材料。
4.根据权利要求1所述的产生彩色平面发光量子点图形的方法，其特征在于发光的量子点图形重叠2-10层。
5.根据权利要求1所述的产生彩色平面发光量子点图形的方法，其特征在于调节离子束的束斑以控制绘制图形线条的粗细，调节离子能量或束流密度以控制图形线条将来受激发时的颜色。
6.一种如权利要求1-5所述的方法产生的彩色平面发光量子点图形板，其特征在于中间为具有量子点图形的发光材料层，发光材料层的上、下两侧为衬底材料层，再上下两侧为电极层。
7.根据权利要求6所述的图形板，其特征在于中间的发光材料层为重叠2-10层。
全文摘要
本发明属纳米发光材料技术领域，具体为一种产生彩色平面发光量子点图形的方法。它的技术基础是发明人发展的聚焦离子束溅射制备自组织量子点阵列的方法(M.Lu(陆明)，X.J.Yang，S.S.Perry，J.W.Rabalais，Applied Physics Letters，80，2096(2002))。利用聚焦离子束在经遴选的半导体表面绘制量子点图形，并通过调节离子束参数来控制离子束斑和量子点尺寸。图形颜色根据量子限域效应由量子点尺寸决定。此方法可应用于无需编码/解码设备的高密度文图存储器的设计，也可用于装潢装饰材料的制备。
文档编号C09K11/88GK1447294SQ0311532
公开日2003年10月8日 申请日期2003年2月8日 优先权日2003年2月8日
发明者陆明 申请人:复旦大学