量子點是把導(dǎo)帶電子、價帶空穴及激子在三個空間方向上束縛住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。量子點，電子運動在三維空間都受到了限制，因此有時被稱為“人造原子”、“超晶格”、“超原子”或“量子點原子”，是20世紀(jì)90年代提出來的一個新概念。這種約束可以歸結(jié)于靜電勢（由外部的電極，摻雜，應(yīng)變，雜質(zhì)產(chǎn)生），兩種不同半導(dǎo)體材料的界面（例如：在自組裝量子點中），半導(dǎo)體的表面（例如：半導(dǎo)體納米晶體），或者以上三者的結(jié)合。量子點具有分離的量子化的能譜。所對應(yīng)的波函數(shù)在空間上位于量子點中，但延伸于數(shù)個晶格周期中。一個量子點具有少量的（1-100個）整數(shù)個的電子、空穴或空穴電子對，即其所帶的電量是元電荷的整數(shù)倍。

半導(dǎo)體量子點的光學(xué)性質(zhì)

量子點的發(fā)光原理與常規(guī)半導(dǎo)體發(fā)光原理相近，均是材料中載流子在接受外來能量后，達到激發(fā)態(tài)，在載流子回復(fù)至基態(tài)的過程中，會釋放能量，這種能量通常以光的形式發(fā)射出去。與常規(guī)發(fā)光材料不同的是，量子點發(fā)光材料還具有一下的一些特點。

發(fā)射光譜可調(diào)節(jié)

半導(dǎo)體量子點主要由ⅡB-ⅥA、ⅢA-ⅤA或者ⅣA-ⅥA族元素構(gòu)成。尺寸、材料不同的量子點發(fā)光光譜處于不同的波段區(qū)域。如不同尺寸的ZnS量子點發(fā)光光譜基本涵蓋紫外區(qū)，CdSe量子點發(fā)光光譜基本涵蓋可見光區(qū)域，而PbSe量子點發(fā)光光譜基本涵蓋紅外區(qū)，如下圖所示。

常見量子點發(fā)光光譜分布區(qū)間

即使是同一種量子點材料，其尺寸的不同，其發(fā)光光譜也不一樣。以CdSe為例，如下圖所示，當(dāng)CdSe顆粒半徑從1.35nm增加至2.40nm時，其發(fā)射光波長從510nm增加至610nm。

同尺寸CdSe量子點及其發(fā)光照片

寬的激發(fā)光譜和窄的發(fā)射光譜

能使量子點達到激發(fā)態(tài)的光譜范圍較寬，只要激發(fā)光能量高于閾值，即可使量子點激發(fā)。且不論激發(fā)光的波長為多少，固定材料和尺寸的量子點的發(fā)射光譜是固定的，且發(fā)射光譜范圍較窄且對稱。

較大的斯托克斯位移

量子點材料發(fā)射光譜峰值相對吸收光譜峰值通常會產(chǎn)生紅移，發(fā)射與吸收光譜峰值的差值被稱為斯托克斯位移。相反，則被稱為反斯托克斯位移。斯托克斯位移在熒光光譜信號的檢測中有廣泛應(yīng)用。量子點的斯托克斯位移較常規(guī)材料而言要大。

量子點的發(fā)光原理

量子點的發(fā)光性質(zhì)是由于電子、空穴以及它們周圍環(huán)境的相互作用而引起的，當(dāng)激發(fā)能級超過帶隙時，量子點就會吸收光子使電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶。量子點的紫外可見光譜有很多能級態(tài)，第一個看得見的峰稱為量子限制峰，是由最低能級態(tài)激發(fā)所產(chǎn)生。此外，很多電子狀態(tài)存在于更高能級水平，因此允許單一波長的光同時激發(fā)多顏色的量子點。

受量子尺寸效應(yīng)的影響，半導(dǎo)體量子點的發(fā)光原理如圖3所示，當(dāng)一束光照射到半導(dǎo)體材料上，半導(dǎo)體材料吸收光子后，其價帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上的電子還可以再躍遷回價帶而發(fā)射光子，也可以落入半導(dǎo)體材料的電子陷阱中。當(dāng)電子落入較深的電子陷阱中的時候，絕大部分電子以非輻射的形式而猝滅了，只有極少數(shù)的電子以光子的形式躍遷回價帶或吸收一定能量后又躍遷回到導(dǎo)帶。

量子點LED 的發(fā)光形式

量子點是QLED發(fā)光的基本材料。實現(xiàn)QLED發(fā)光的主要有兩種形式：一是采用在GaN基LED中作為光轉(zhuǎn)換層，有效吸收藍光發(fā)射出波長在可見光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光;二是采用其電致發(fā)光形式，將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光（見下圖）。