定義：不是所有尺寸小于100nm納米材料都叫納米科技
納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科技(ji)廣(guang)義的(de)(de)定義，泛(fan)指(zhi)尺寸(cun)小于100nm（納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)）的(de)(de)材(cai)料(liao)，而研究納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)材(cai)料(liao)的(de)(de)科學(xue)技(ji)術泛(fan)稱為「納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科技(ji)（Nanotechnology）」。納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科技(ji)的(de)(de)研究范圍(wei)很廣(guang)，包(bao)括納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)物理學(xue)、納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)化學(xue)、納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)材(cai)料(liao)學(xue)、納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)生物學(xue)、納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)電子(zi)學(xue)、納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)機(ji)械加工學(xue)、納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)力學(xue)與納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)測量(liang)學(xue)等領(ling)域， 許多尖端(duan)的(de)(de)研究不斷(duan)地(di)在進行，讓(rang)我們先(xian)來了(le)解到底什么(me)是(shi)納(na)(na)(na)(na)(na)米(mi)(mi)(mi)科技(ji)吧！
納米科技嚴格的定義必須「同時」滿足下面三個條件：
1、納(na)米材料的尺寸小于100nm。
2、納米材料體(ti)積微小(xiao)，具有全新的(de)光、電、磁、聲(sheng)、化學與(yu)機械等性質。
3、納米材料(liao)必須具有全新的研究價值(zhi)與(yu)應用。
換句話說，只滿(man)足體積微小并不是納(na)米(mi)科技(ji)最(zui)重要的條件，必須具有全新的性質與應用，才(cai)是納(na)米(mi)科技(ji)討論的重點(dian)。
值得(de)一(yi)提(ti)的是(shi)，納(na)米(mi)科(ke)(ke)技嚴格的定(ding)義(yi)必須同(tong)時(shi)滿(man)足上(shang)面(mian)三個(ge)(ge)條(tiao)件，但是(shi)目前整(zheng)個(ge)(ge)學術界與(yu)產(chan)業界都是(shi)使用較(jiao)寬松的定(ding)義(yi)，也就是(shi)只要滿(man)足上(shang)面(mian)的第一(yi)個(ge)(ge)條(tiao)件尺(chi)寸小于100nm即(ji)可，造(zao)成今日凡事(shi)皆(jie)納(na)米(mi)的混(hun)亂局面(mian)，許多廠商更是(shi)趁著(zhu)這(zhe)個(ge)(ge)混(hun)亂局面(mian)濫用「納(na)米(mi)」二字，本文(wen)將以(yi)簡單的文(wen)句(ju)幫大家科(ke)(ke)普，讓各(ge)位(wei)成為(wei)理智(zhi)的納(na)米(mi)科(ke)(ke)技判斷(duan)者(zhe)。
分類：大致可以分為納米材料和納米技術兩個重要領域
納米科(ke)技產業(ye)目前(qian)仍然(ran)不算(suan)完(wan)整，許多應用還在理論研究的階段，因此(ci)不容(rong)易完(wan)整地分(fen)類，但(dan)是(shi)大致上可(ke)以(yi)區分(fen)成兩個重要的領域：
納(na)米材(cai)料（Nano－materials）：是(shi)指「最終(zhong)成(cheng)品」，意思(si)是(shi)利用納(na)米加(jia)工技術(shu)，將材(cai)料加(jia)工成(cheng)尺寸在100nm以下的產品，這個產品即可(ke)稱為「納(na)米材(cai)料」。
納(na)米(mi)技術（Nano－technology）：是(shi)指「加工過程」，意思是(shi)將材(cai)料(liao)加工成尺寸在100nm以下時(shi)所使用的制程技術，我們稱為「納(na)米(mi)技術」。
「納米材料」與(yu)「納米技術(shu)」兩(liang)者(zhe)之間(jian)(jian)的(de)關(guan)(guan)系，有(you)點類似「LED」與(yu)「生產LED的(de)設備(bei)(bei)」之間(jian)(jian)的(de)關(guan)(guan)系，LED廠（例如：三安光(guang)電與(yu)木(mu)林森(sen)）向LED設備(bei)(bei)商(shang)（例如：易維科(ke)VEECO，北方華(hua)創或ASM）購(gou)買LED芯片或封裝設備(bei)(bei)來(lai)生產LED器件，因(yin)此，設備(bei)(bei)商(shang)專(zhuan)注在(zai)(zai)如何設計出性價比高的(de)加工設備(bei)(bei)，而LED廠家則專(zhuan)注在(zai)(zai)如何利用設備(bei)(bei)生產LED，兩(liang)者(zhe)在(zai)(zai)LED產業中均扮演重要的(de)角色。
同樣的道理，納米技術討論(lun)的重點在(zai)于如何設(she)計納米加(jia)工設(she)備，而納米材料討論(lun)的重點在(zai)于如何利(li)用納米加(jia)工設(she)備來生產納米材料，兩者在(zai)納米科(ke)技產業中均(jun)扮演(yan)重要的角色。
種類：納米材料由外觀幾何結構分為二維、一維、零維
傳統(tong)一(yi)般尺寸的材(cai)(cai)料(liao)(liao)我們稱為「塊材(cai)(cai)（Bulk）」，其結構是(shi)在(zai)三維(wei)空間中(zhong)的X軸、Y軸、Z軸都可以無限(xian)延伸，如圖一(yi)（a）所示，而納米材(cai)(cai)料(liao)(liao)可以簡單地由外觀(guan)的幾何結構分為二維(wei)、一(yi)維(wei)、零維(wei)等三種(zhong)：
二維（Two－dimensional）： X軸(zhou)與Y軸(zhou)可以無限延伸，但(dan)是Z軸(zhou)非(fei)常微小(xiao)（小(xiao)于100nm），如(ru)圖一（b）所(suo)示，二維的納米結構稱為「納米薄膜（Nano thin film）」或「量子井（Quantum well）」。
一(yi)維（One－dimensional）： X軸(zhou)可以無限延伸，但是(shi)Y軸(zhou)與Z軸(zhou)都(dou)非常(chang)微小（小于100nm），如(ru)圖一(yi)（c）所示，一(yi)維的(de)納米結構較(jiao)長的(de)稱為「納米線（Nanowires）」，較(jiao)短(duan)的(de)稱為「納米棒(bang)（Nanorods）」，空心的(de)稱為「納米管（Nanotube）」。
零維(wei)（Zero－dimensional）：X軸(zhou)、Y軸(zhou)與Z軸(zhou)都非常微小(xiao)（小(xiao)于100nm），如圖一（d）所示，零維(wei)的(de)納(na)米結(jie)構(gou)稱為「納(na)米粒子(zi)（Nanoparticles）」或「量(liang)子(zi)點（Quantum dots）」。
圖一 納米材料的幾何結構
光電特性：LED、激光LD發光層與量子點技術
一、LED／LD發光層與量子點顯示技術的核心原理： 量子局限效應
材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)物理性(xing)(xing)質大部分是(shi)由(you)電(dian)子(zi)與(yu)空穴所決定，例如「Debye德(de)拜(bai)長(chang)度(du)(du)」用(yong)來(lai)(lai)描述(shu)材(cai)料(liao)中電(dian)子(zi)與(yu)電(dian)子(zi)之間作用(yong)力的(de)(de)(de)長(chang)度(du)(du)、「de Broglie德(de)布(bu)羅意(yi)波(bo)長(chang)」用(yong)來(lai)(lai)定義材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)粒子(zi)性(xing)(xing)質與(yu)波(bo)動性(xing)(xing)質，由(you)于傳統三維(wei)空間的(de)(de)(de)塊材(cai)（bulk）尺寸遠大于上述(shu)這些電(dian)子(zi)與(yu)空穴的(de)(de)(de)物理特征長(chang)度(du)(du)， 因此(ci)其物理性(xing)(xing)質可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)古典物理學(xue)來(lai)(lai)解釋，但是(shi)當材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)尺寸小(xiao)到(dao)100nm以(yi)下(xia)時(shi)，會與(yu)德(de)拜(bai)長(chang)度(du)(du)及(ji)德(de)布(bu)羅意(yi)波(bo)長(chang)很接近，因此(ci)會產(chan)生「量子(zi)局(ju)限效(xiao)應（Quantum confinement effect）」。
關(guan)于量(liang)子(zi)局限(xian)效應(ying)，相信很多(duo)學(xue)過大學(xue)物(wu)理(li)的朋友應(ying)該(gai)不會陌生，我寫文(wen)章不喜歡(huan)放入一(yi)大串公式，尤其(qi)是艱澀難(nan)懂的薛(xue)定諤方程式，我曾(ceng)經整理(li)了一(yi)篇PPT關(guan)于量(liang)子(zi)物(wu)理(li)的教材，發現用(yong)(yong)這(zhe)(zhe)個(ge)教材讓同學(xue)理(li)解量(liang)子(zi)物(wu)理(li)的難(nan)度(du)都非常大，何(he)況要用(yong)(yong)文(wen)字幫沒(mei)學(xue)過大學(xue)物(wu)理(li)的同學(xue)講(jiang)授這(zhe)(zhe)塊難(nan)啃的量(liang)子(zi)骨頭，現在我就試著用(yong)(yong)圖與(yu)文(wen)字來(lai)解釋一(yi)下這(zhe)(zhe)個(ge)效應(ying)：
在(zai)微觀世(shi)界(jie)里，尤其(qi)是在(zai)納(na)(na)米(mi)尺度(du)之下，所(suo)有的(de)(de)(de)(de)光與(yu)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)現象，都會(hui)(hui)與(yu)我(wo)們看(kan)到的(de)(de)(de)(de)大(da)尺度(du)世(shi)界(jie)那么(me)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，如圖(tu)二(er)（a）所(suo)示（公式(shi)看(kan)不(bu)(bu)懂可以跳過去），根據薛定(ding)諤方程式(shi)波函數的(de)(de)(de)(de)解，在(zai)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)尺度(du)（L）下，尺度(du)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，電(dian)(dian)子(zi)(zi)與(yu)空穴(xue)所(suo)處的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)(liang)狀(zhuang)態(tai)(tai)△E也(ye)會(hui)(hui)不(bu)(bu)同，也(ye)許它(ta)會(hui)(hui)在(zai)能(neng)級Eo的(de)(de)(de)(de)位置，也(ye)許會(hui)(hui)在(zai)4Eo的(de)(de)(de)(de)位置，也(ye)許在(zai)9Eo或16Eo…．．，因(yin)為物理尺寸的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，材(cai)料(liao)中電(dian)(dian)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)能(neng)級也(ye)會(hui)(hui)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化，所(suo)呈現的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)特性(xing)就(jiu)會(hui)(hui)與(yu)原本的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)本性(xing)差異極大(da)，如圖(tu)二(er)（b）所(suo)示，此時發(fa)(fa)光的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)(liang)或頻率就(jiu)不(bu)(bu)再(zai)是材(cai)料(liao)本身的(de)(de)(de)(de)能(neng)帶隙(xi)性(xing)質Eg，而是帶隙(xi)較寬的(de)(de)(de)(de)（Eg＋△Ec＋△Ev），能(neng)量(liang)(liang)(liang)變(bian)(bian)(bian)強發(fa)(fa)光波長因(yin)此會(hui)(hui)變(bian)(bian)(bian)短，這樣(yang)因(yin)為電(dian)(dian)子(zi)(zi)與(yu)空穴(xue)被局(ju)限在(zai)納(na)(na)米(mi)材(cai)料(liao)內形成(cheng)自組的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)態(tai)(tai)，造成(cheng)光電(dian)(dian)性(xing)質的(de)(de)(de)(de)改變(bian)(bian)(bian)，這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)效應(ying)我(wo)們稱為量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)局(ju)限效應(ying)。
圖二 納米尺度下的量子局限效應
量(liang)子局限效應最明顯的特(te)征是納米材料的尺寸(cun)愈(yu)小時，材料發(fa)光能量(liang)愈(yu)強，能量(liang)越強表示發(fa)光的波長愈(yu)短（藍色(se)），這個現象稱(cheng)為(wei)「藍移（blue shift）」。
如(ru)圖三所示，不(bu)同(tong)顏(yan)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)波(bo)長(chang)(chang)(chang)不(bu)同(tong)，光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)波(bo)長(chang)(chang)(chang)就是顏(yan)色(se)(se)(se)，在可(ke)見光(guang)(guang)(guang)(guang)中紅光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)波(bo)長(chang)(chang)(chang)最(zui)長(chang)(chang)(chang)，綠光(guang)(guang)(guang)(guang)次之，藍光(guang)(guang)(guang)(guang)最(zui)短，換句話說，當納米材(cai)料的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸大，發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)(liang)較(jiao)低，顏(yan)色(se)(se)(se)為紅光(guang)(guang)(guang)(guang)（波(bo)長(chang)(chang)(chang)最(zui)長(chang)(chang)(chang)）；當納米材(cai)料的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸變(bian)小，發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)能(neng)量(liang)(liang)(liang)變(bian)強(qiang)，顏(yan)色(se)(se)(se)為綠光(guang)(guang)(guang)(guang)（波(bo)長(chang)(chang)(chang)次之）；當納米材(cai)料的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸更小，發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)能(neng)量(liang)(liang)(liang)更強(qiang)，顏(yan)色(se)(se)(se)為藍光(guang)(guang)(guang)(guang)（波(bo)長(chang)(chang)(chang)最(zui)短）。
圖三 量子局限效應
二、LED與LD外延最關鍵的發光層：納米薄膜與量子井
1、種類與特性
二維的納米(mi)結構稱為「納米(mi)薄膜（Nano thin film）」，泛指厚度在100nm以(yi)下的薄膜，如圖(tu)四（a）的LED結構所示(shi)，由于半導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料具有特別(bie)的光(guang)電特性(xing)，因此常見的納米(mi)薄膜大多(duo)是使用(yong)半導(dao)體(ti)材(cai)(cai)料制作而成(cheng)，例如：硅(gui)、砷化鎵、氮化鎵或磷化銦等，具有優越的光(guang)電特性(xing)，可以(yi)應用(yong)在光(guang)電科技(ji)產業。#p#分頁標題#e#
當我們將許多層(ceng)不同材料(liao)的(de)(de)(de)(de)半導體納米(mi)薄膜(mo)重迭在(zai)(zai)一起時，可以形成「量(liang)(liang)子(zi)井（Quantum well）」，例如：在(zai)(zai)砷(shen)(shen)化(hua)(hua)鎵(jia)(jia)晶圓上分(fen)別成長砷(shen)(shen)化(hua)(hua)鎵(jia)(jia)、砷(shen)(shen)化(hua)(hua)銦(yin)鎵(jia)(jia)、砷(shen)(shen)化(hua)(hua)鋁鎵(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)納米(mi)薄膜(mo)或(huo)是在(zai)(zai)藍寶石上成長氮化(hua)(hua)鎵(jia)(jia)、氮化(hua)(hua)銦(yin)鎵(jia)(jia)、氮化(hua)(hua)鋁鎵(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)納米(mi)薄膜(mo)，都是屬(shu)于量(liang)(liang)子(zi)井結構，如圖四（b）的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)井LED發光(guang)(guang)層(ceng)結構所(suo)示(shi)，研究(jiu)顯示(shi)具有量(liang)(liang)子(zi)井結構的(de)(de)(de)(de)LED發光(guang)(guang)二(er)極管(guan)或(huo)LD激光(guang)(guang)二(er)極管(guan)元器件具有更好的(de)(de)(de)(de)發光(guang)(guang)效率。
圖四 納米薄膜與量子井的定義與應用
2、量子井應用實例
圖(tu)四（c）為(wei)使用多層量(liang)子(zi)井結構(gou)所制作的「量(liang)子(zi)井激光(guang)二極管(guan)（Quantum well laser diode）」，科學(xue)家(jia)稱為(wei)「垂直共振腔(qiang)面射型(xing)激光(guang)（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）」，是目前已經量(liang)產的商品，外觀如圖(tu)四（d）所示(shi)，這種結構(gou)普遍應用在光(guang)通訊(xun)的光(guang)源。
圖中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)使(shi)用(yong)砷(shen)化鎵晶圓(yuan)制(zhi)作，上(shang)下(xia)均為金屬電極，上(shang)方(fang)連接(jie)電池的(de)(de)(de)(de)(de)正極，下(xia)方(fang)連接(jie)電池的(de)(de)(de)(de)(de)負極；中(zhong)央(yang)上(shang)下(xia)是(shi)數十層N型(xing)(xing)與(yu)P型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)納米薄膜，顏(yan)(yan)色(se)(se)較(jiao)(jiao)深的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)代(dai)表折(zhe)射率(lv)（Index）較(jiao)(jiao)大，顏(yan)(yan)色(se)(se)較(jiao)(jiao)淺的(de)(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)代(dai)表折(zhe)射率(lv)（Index）較(jiao)(jiao)小(xiao)，這種由許多(duo)層不同折(zhe)射率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)薄膜交互排(pai)列而(er)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)元器件是(shi)非常(chang)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學結(jie)構，我們稱為「布拉格(ge)反射層DBR光(guang)(guang)柵（Grating）」；正中(zhong)央(yang)是(shi)納米薄膜，由于它夾在中(zhong)央(yang)上(shang)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)柵之間，因此形成(cheng)量(liang)(liang)子井的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構，稱為「量(liang)(liang)子井發(fa)光(guang)(guang)區」，是(shi)激(ji)光(guang)(guang)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)區域，這一層的(de)(de)(de)(de)(de)半導體材(cai)料種類決定(ding)激(ji)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)顏(yan)(yan)色(se)(se)與(yu)強度，由于垂直共振(zhen)腔面射型(xing)(xing)激(ji)光(guang)(guang)（VCSEL）使(shi)用(yong)量(liang)(liang)子井結(jie)構，因此可(ke)以增加發(fa)光(guang)(guang)效率(lv)，具有(you)優良的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)電特性。
3、納米薄膜制備方法
納(na)(na)米薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)的(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)可(ke)(ke)以使用(yong)單晶或多(duo)晶薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)成(cheng)長(chang)技(ji)術，但是使用(yong)加(jia)熱(re)蒸鍍、電子(zi)束(shu)(shu)蒸鍍、濺鍍（Sputter）、等離子(zi)化(hua)學氣(qi)相沉積（PECVD）等方法得到的(de)(de)納(na)(na)米薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)質量不佳(jia)，因此(ci)目前大多(duo)使用(yong)制(zhi)(zhi)(zhi)程條(tiao)件比較(jiao)嚴格(ge)，成(cheng)本(ben)也比較(jiao)高(gao)的(de)(de)分子(zi)束(shu)(shu)外延(yan)（MBE）或有(you)機化(hua)學氣(qi)相沉積（MOCVD）來制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)納(na)(na)米薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)，分子(zi)束(shu)(shu)外延(yan)（MBE）可(ke)(ke)以在(zai)超高(gao)真(zhen)空下將原子(zi)「一層(ceng)一層(ceng)地」成(cheng)長(chang)在(zai)晶圓表(biao)面，因此(ci)控制(zhi)(zhi)(zhi)得很精準，可(ke)(ke)以制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)單層(ceng)的(de)(de)納(na)(na)米薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)，也可(ke)(ke)以制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)多(duo)層(ceng)的(de)(de)量子(zi)井結(jie)構。
顯示技術的新王牌：納米粒子與量子點
1、LED與LD在發光層上呈現的量子點效應
零維的納(na)米(mi)結構稱為(wei)「納(na)米(mi)粒(li)子(zi)（Nanoparticle）」，泛(fan)指顆粒(li)大小（直(zhi)徑(jing)）在100nm以下的顆粒(li)，如(ru)圖五（a）所示，由于半導(dao)(dao)體材料(liao)具有特(te)別(bie)的光(guang)電特(te)性，因此常見(jian)的納(na)米(mi)粒(li)子(zi)大多(duo)是使(shi)用半導(dao)(dao)體材料(liao)制作而成(cheng)，例如(ru)：硅、砷化(hua)(hua)鎵、氮(dan)化(hua)(hua)鎵等(deng)，具有優越(yue)的光(guang)電特(te)性，應用在光(guang)電科技產業。
當(dang)我(wo)們(men)利用半(ban)導體的納(na)米(mi)薄(bo)膜將納(na)米(mi)粒子(zi)覆(fu)蓋(gai)起(qi)來(lai)時，形成「量子(zi)點(dian)（Quantum dot）」結(jie)構，例(li)如：在藍寶石襯底成長氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)底層(ceng)材(cai)料后(hou)，氮(dan)化(hua)(hua)銦鎵(jia)的發(fa)光層(ceng)因為溫度變異導致相(xiang)分離效應(ying)，發(fa)光層(ceng)上會(hui)呈現出類似(si)富銦（Indium Rich） 的「氮(dan)化(hua)(hua)銦鎵(jia)」納(na)米(mi)粒子(zi)，再成長一層(ceng)「氮(dan)化(hua)(hua)鋁(lv)鎵(jia)或氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)」的納(na)米(mi)薄(bo)膜覆(fu)蓋(gai)起(qi)來(lai)，就屬于(yu)具有富銦量子(zi)點(dian)的量子(zi)井結(jie)構。
如圖五（b）所示，諾貝爾物理獎得主，也是氮化銦(yin)鎵藍光(guang)LED發明人中(zhong)村修二教授認(ren)為具有量子點結構的氮化銦(yin)鎵發光(guang)LED或(huo)激光(guang)LD光(guang)電器件具有更好的發光(guang)效率。
圖五 利用MOCVD制作納米粒子與量子點
2、納米粒子制備方法
納(na)米(mi)粒子的(de)(de)(de)制作(zuo)可以使用(yong)薄膜成(cheng)長技術(shu)，但是都必須配(pei)合適當的(de)(de)(de)裝置控制不同的(de)(de)(de)溫度與(yu)壓力(li)(li)來(lai)輔(fu)助才容易形(xing)成(cheng)納(na)米(mi)粒子，否則(ze)只(zhi)會形(xing)成(cheng)納(na)米(mi)薄膜，例如(ru)：加熱蒸鍍(du)(du)、電子束(shu)蒸鍍(du)(du)、濺鍍(du)(du)（Sputter）、等(deng)離子化學氣(qi)(qi)(qi)相沉(chen)積（PECVD）、分子束(shu)外(wai)延(yan)（MBE）、有(you)(you)機(ji)化學氣(qi)(qi)(qi)相沉(chen)積（MOCVD）等(deng)。例如(ru)，像圖五(wu)（c）所(suo)示，如(ru)果要制備(bei)氮化銦鎵(jia)納(na)米(mi)粒子，可以使用(yong)有(you)(you)機(ji)化學氣(qi)(qi)(qi)相沉(chen)積（MOCVD），將(jiang)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)與(yu)有(you)(you)機(ji)金屬三甲基(ji)鎵(jia)，三甲基(ji)銦分別混入(ru)氫氣(qi)(qi)(qi)或(huo)氮氣(qi)(qi)(qi)通(tong)入(ru)反應腔體(ti)，控制不同的(de)(de)(de)壓力(li)(li)與(yu)溫度就可以得到氮化銦鎵(jia)納(na)米(mi)粒子，可以發出很亮的(de)(de)(de)藍光或(huo)綠光。
3、量子點顯示技術：有機會成OLED后市場上追求的夢幻顯示科技
由于(yu)量(liang)子局限效應(ying)，不(bu)同尺寸的(de)(de)(de)納(na)米粒子會(hui)發出不(bu)同波長（顏色）的(de)(de)(de)熒光(guang)(guang)(guang)，例如：硒化鎘（CdSe）直(zhi)(zhi)徑10nm時發出紅色熒光(guang)(guang)(guang)，直(zhi)(zhi)徑5nm時發出綠色熒光(guang)(guang)(guang)，直(zhi)(zhi)徑2nm時發出藍色熒光(guang)(guang)(guang)，如圖六（a）所示，而(er)且它的(de)(de)(de)發光(guang)(guang)(guang)強度比傳統有(you)機熒光(guang)(guang)(guang)物質高10倍以上(shang)(shang)，再加上(shang)(shang)相比目前的(de)(de)(de)顯示技術，量(liang)子點(dian)具有(you)自發光(guang)(guang)(guang)、高對(dui)比度、廣(guang)視角與(yu)輕薄可(ke)繞曲等(deng)優(you)點(dian)，將有(you)機會(hui)成為繼OLED之后市場上(shang)(shang)亟欲(yu)追求(qiu)的(de)(de)(de)夢幻顯示科技。
最近市面(mian)(mian)上的(de)顯示科技有點(dian)群(qun)魔亂舞，4k8K LCD、OLED、Micro LED、激光電視與量子(zi)點(dian)QLED五家爭鳴(ming)，量子(zi)點(dian)顯示技術目前還(huan)不是(shi)很(hen)成熟，但是(shi)為什么市面(mian)(mian)上還(huan)是(shi)有很(hen)多打著(zhu)量子(zi)點(dian)旗號的(de)QLED電視呢？
如圖六（b）所(suo)示(shi)(shi)，目前的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電視是利用量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)發(fa)光(guang)頻(pin)譜(pu)集中的(de)(de)(de)(de)特性，發(fa)出高純(chun)度的(de)(de)(de)(de)顏(yan)色，進而(er)達到更好的(de)(de)(de)(de)全彩(cai)(cai)顯示(shi)(shi)，將量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)加在(zai)LCD背光(guang)源(yuan)上(shang)，量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)吸(xi)收(shou)背光(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)光(guang)，以光(guang)致發(fa)光(guang)（Photoluminescence ；PL）重新發(fa)出高純(chun)度的(de)(de)(de)(de)光(guang)，成為純(chun)色的(de)(de)(de)(de)背光(guang)源(yuan)，制(zhi)作出高彩(cai)(cai)度的(de)(de)(de)(de)顯示(shi)(shi)技(ji)術，最近TCL與QD Vision合(he)作推出55吋4k量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電視就是用這種技(ji)術，然而(er)，這樣的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)光(guang)致發(fa)光(guang)技(ji)術，僅僅只(zhi)是在(zai)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)LCD技(ji)術加上(shang)量(liang)(liang)子(zi)(zi)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)薄(bo)膜作為色彩(cai)(cai)調整，雖然帶來了優良色彩(cai)(cai)特性，但本(ben)質上(shang)還是受限(xian)LCD顯示(shi)(shi)技(ji)術，仍然無法(fa)享受高對比度、廣視角與輕薄(bo)可繞曲等(deng)優點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)！
因(yin)為大家(jia)對(dui)這個科技比較陌(mo)生，也(ye)沒有能力去理解這么(me)高深的(de)(de)物(wu)理，所以電視(shi)(shi)廠家(jia)打著量子點高科技的(de)(de)名詞自然會吸引一般老百姓的(de)(de)關注，實際上現在的(de)(de)QLED電視(shi)(shi)還是(shi)LCD電視(shi)(shi)的(de)(de)改良版(ban)！
最(zui)(zui)常見的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)點(dian)結構如圖六（c）所示(shi)，一(yi)般包含無機(ji)半(ban)(ban)導體(ti)核(he)心層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)（core，直徑約1～10nm）、寬帶(dai)隙無機(ji)半(ban)(ban)導體(ti)殼(ke)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)（Shell），以及(ji)最(zui)(zui)外層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)有(you)(you)機(ji)配體(ti)（Ligand），核(he)心層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)是(shi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)點(dian)主(zhu)要發(fa)(fa)光(guang)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，使(shi)(shi)用不同(tong)種類材料例如CdSe、CdS、InP與(yu)ZnSe ，合(he)(he)成不同(tong)的(de)(de)尺寸大(da)小，可以調整(zheng)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)點(dian)發(fa)(fa)光(guang)的(de)(de)顏(yan)色，利用合(he)(he)成的(de)(de)時間、溫度以及(ji)反應物的(de)(de)濃度，加上合(he)(he)成后的(de)(de)過濾篩選，可以使(shi)(shi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)點(dian)的(de)(de)大(da)小更一(yi)致(zhi)且均勻，發(fa)(fa)出更純的(de)(de)光(guang)色。殼(ke)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)包復核(he)心層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，隔絕氧氣與(yu)濕(shi)氣，并(bing)修補核(he)心層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)缺(que)陷，提升發(fa)(fa)光(guang)效率，最(zui)(zui)外層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)有(you)(you)機(ji)配體(ti)可以使(shi)(shi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)點(dian)分散(san)在(zai)不同(tong)的(de)(de)非極(ji)性(xing)有(you)(you)機(ji)溶(rong)劑中，有(you)(you)利于使(shi)(shi)用溶(rong)液制(zhi)程來制(zhi)作量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)點(dian)發(fa)(fa)光(guang)器(qi)件(jian)。
未來(lai)的(de)(de)QLED器件，制程方法(fa)與發光(guang)結(jie)構會(hui)跟(gen)目前(qian)(qian)(qian)的(de)(de)OLED比較(jiao)接近(jin)(jin)，如圖六（d）所示，都是使(shi)用電(dian)(dian)致發光(guang)，最(zui)大(da)的(de)(de)不同點(dian)是QLED采用量子(zi)(zi)點(dian)作為(wei)(wei)發光(guang)材料，電(dian)(dian)子(zi)(zi)與空穴(xue)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)可(ke)以(yi)使(shi)用跟(gen)OLED接近(jin)(jin)的(de)(de)有(you)機材料，做出新一代柔性(xing)顯示器，當然目前(qian)(qian)(qian)這(zhe)樣的(de)(de)結(jie)構效率(lv)還是很低，所以(yi)為(wei)(wei)了提升QLED效率(lv)，有(you)機材料加(jia)上氧(yang)化(hua)鋅(xin)ZnO的(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)與氧(yang)化(hua)鎳(nie)NiO空穴(xue)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)層(ceng)是提升效率(lv)的(de)(de)比較(jiao)好(hao)的(de)(de)選擇，目前(qian)(qian)(qian)最(zui)新的(de)(de)成果是浙江大(da)學彭笑(xiao)剛教(jiao)授團隊(dui)利用有(you)機材料PMMA作為(wei)(wei)氧(yang)化(hua)鋅(xin)ZnO電(dian)(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)導層(ceng)與量子(zi)(zi)點(dian)發光(guang)層(ceng)的(de)(de)緩沖結(jie)構層(ceng)，可(ke)以(yi)達到接近(jin)(jin)OLED的(de)(de)效率(lv)，是目前(qian)(qian)(qian)世界(jie)最(zui)前(qian)(qian)(qian)沿(yan)的(de)(de)QLED技術領航者(zhe)之一。
#p#分頁標題#e#圖六 納米粒子與量子點的應用
納米技術唯一的缺點！
半導體集成電路技術的魔咒：量子穿隨效應
「絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體(ti)」是(shi)不容易導電(dian)的固體(ti)，例如：塑料(liao)、陶瓷，因此電(dian)子(zi)無法(fa)穿透絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體(ti)，但(dan)是(shi)當(dang)材料(liao)的尺寸(cun)小(xiao)于100nm以(yi)下時，因為(wei)實在是(shi)太(tai)薄了，科學家發現電(dian)子(zi)竟然可以(yi)任(ren)意地穿透絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體(ti)，我們稱為(wei)「量子(zi)穿隧效應（Quantum tunneling effect）」，換句話說，塑料(liao)、陶瓷這種原本在塊材（Bulk）時是(shi)絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體(ti)的材料(liao)，當(dang)它的尺寸(cun)小(xiao)于100nm以(yi)下時就不再是(shi)絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)體(ti)了。
由(you)于(yu)在(zai)傳統集成電(dian)路制(zhi)程(cheng)中(zhong)，CMOS必須使用(yong)(yong)「氧(yang)化(hua)硅(gui)」來制(zhi)作閘極(ji)，因為(wei)氧(yang)化(hua)硅(gui)是(shi)(shi)很好(hao)的絕(jue)緣體，但是(shi)(shi)當CMOS的閘極(ji)線寬小(xiao)于(yu)100nm時，氧(yang)化(hua)硅(gui)的厚度(du)可能(neng)只有10nm，由(you)于(yu)量(liang)子穿隧(sui)效應，這(zhe)么薄(bo)的氧(yang)化(hua)硅(gui)會使電(dian)子任意(yi)地穿透而(er)無法絕(jue)緣，因此(ci)晶圓(yuan)廠(chang)必須使用(yong)(yong)其他材料來取代氧(yang)化(hua)硅(gui)，對晶圓(yuan)廠(chang)來說是(shi)(shi)必須增(zeng)加新制(zhi)程(cheng)來解決問題的成本(ben)，這(zhe)個時候納米反而(er)是(shi)(shi)個必須解決的麻(ma)煩。由(you)這(zhe)個例子可以發現(xian)，并不是(shi)(shi)所有的東西做成納米就好(hao)，必須要看應用(yong)(yong)在(zai)什么產(chan)品(pin)，「該(gai)大就大，該(gai)小(xiao)則(ze)小(xiao)」才是(shi)(shi)上策。
這(zhe)(zhe)(zhe)篇(pian)文章是關(guan)于在(zai)納(na)(na)米(mi)(mi)尺度下(xia)，光電元(yuan)器件呈現出優(you)越(yue)的(de)(de)性能(neng)，其實納(na)(na)米(mi)(mi)材料(liao)還有很(hen)多神奇的(de)(de)效果，例(li)如(ru)納(na)(na)米(mi)(mi)技(ji)(ji)術(shu)之(zhi)表面與(yu)界面效應（Surface and interface effect）可以制(zhi)作納(na)(na)米(mi)(mi)陶瓷粉(fen)末的(de)(de)涂料(liao)（油漆(qi)），利用這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)納(na)(na)米(mi)(mi)陶瓷粉(fen)末涂布在(zai)戰(zhan)機(ji)的(de)(de)機(ji)身(shen)，可以吸(xi)收所有雷達的(de)(de)電磁波(bo)，美國F35與(yu)中國殲20隱形戰(zhan)斗機(ji)就是利用這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)技(ji)(ji)術(shu)搞定的(de)(de)，由于篇(pian)幅有限，只能(neng)下(xia)次(ci)再科普這(zhe)(zhe)(zhe)方面的(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)給(gei)大家了(le)！
在納米尺度下就是這樣神(shen)奇，值得我們去(qu)探索！
關于納(na)米，你(ni)懂了嗎？
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