Science:半导体量子点：技术进步与未来挑战

雨辰

2021-08-11

半导体材料具有独特的光/电学特性，已经在计算机、移动电话、激光以及卫星等领域引发了巨大的技术革命。当半导体材料的尺寸减小到纳米级水平时，在产生的量子限域半导体纳米结构中，电子会展现出与块体截然不同的特性，这为设计具有可调化学、物理、电学和光学性能的材料提供了新的机会。零维的半导体量子点具有从可见到红外波长范围内的强光吸收和高亮窄带发射，在激光、成像、太阳能富集以及通讯等方面展现出了巨大的应用前景。

有鉴于此，多伦多大学的Edward H. Sargent等人，总结了对量子点材料合成和理解的研究历程，讨论了其在显示、发光、激光器、传感、电子、太阳能转换、光催化、量子信息等技术的应用前景。最后，指出了量子点商业化过程中仍然面临的挑战和未来的发展方向。

本文要点

1）通过构建量子点的功能可以进一步实现量子点的应用潜力。例如，通过改变量子点尺寸可以实现量子点带隙的控制，使其在发光显示、太阳能富集、激光通讯、传感、医学诊断等领域发挥巨大的作用。而且，通过对非辐射俄歇复合等性能限制因素的不断研究，量子点发光二极管目前已经展现出了极佳的亮度。另外，量子点在激光器、太阳能富集等领域均具有巨大的应用前景。

2）半导体量子点技术未来发展所面临的挑战包括：（a）在量子点制备方面还面临质量、生产成本、长期稳定性等问题；（b）在应用方面需要解决量子点器件的规模化制造以及标准评价等问题。另外，量子点的合成和组装，如何与现有平台进行有效集成以及设计量子点特异性的器件也有待进一步研究。

参考文献：

F. Pelayo García de Arquer et al. Semiconductor quantum dots: Technological progress and future challenges. Science, 2021.

DOI: 10.1126/science.aaz8541

http://doi.org/10.1126/science.aaz8541