量子点有什么具体的应用？_ZNDS问答

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不同的量子点有不同的性质和应用，能不能分别介绍下几种不同的量子点？

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台湾科技大学工学博士

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<div class="RichContent RichContent--unescapable"><div class="RichContent-inner">2015-10-30
「量子点，quantum dot)」是「准零维，quasi-zero-dimensional」的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在 100nm 以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以「量子局限效应，quantum confinement effect」特别显著。由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能阶结构，因此量子点又被称为「人造原子，artificial atom」。科学家已经发明许多不同的方法来制造量子点，并预期这种奈米材料在二十一世纪的「纳米电子学，nanoelectronics」上有极大的应用潜力。但并非小到 100nm 以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸是由电子在材料内的费米波长来决定。一般而言，电子费米波长在半导体内较在金属内长得多，例如在半导体材料砷化镓 GaAs (100)中，费米波长约 40nm，在铝金属中却只有 0.36nm。

目前量子点的制造方法主要有以下四种：化学溶胶法 (chemical colloidal method)、自组成法 (self-assembly method)、微影蚀刻法 (lithography and etching) 及分闸法 (split-gate approach)。量子点可视为电子物质波的共振腔，电子在量子点内会有类似电磁波在一般共振腔中的共振现象。当局限位能壁 (potential wall) 较薄时，量子点中的电子可因「穿隧效应，tunneling effect」而逃离，我们称之为「开放式量子点，open quantum dot」，其类似一「开放式共振腔，open cavity」，此时电子能阶不再是「稳态，stationary state 」而是一种「准稳态，quasi-stationary state」；电子停留在准稳态约一个生命周期后，就会逃离量子点。
由于这类量子点在光电方面有许多应用潜力，最近的研究相当热络。量子点的用途相当广泛，例如：可用于蓝光激光、光感测组件、单电子晶体管 (single electron transistor, SET)、记忆储存、触媒以及量子计算 (quantum computing) 甚至电视等，在医疗上更利用各种发光波长不同的量子点制成荧光标签，成为生物检测用的「纳米条形码」。甚至半导体也有人用量子点来研究。所以说量子点是目前理论上与实验上的热门研究题目，世界各国无不积极投入研究中。

<span class="nv">分类：科普 >>物理 >>固体

……
▲从量子点三剑客看显示应用的发展
许多人谈量子点时，总会提及三家最高调的公司，分别是美国的“Nanosys”、“QD Vision”和英国的“Nanoco”：
(1) Nanoco
Nanoco第一个讲是因为他很特别，特别的……嗯，反正就是很特别，Nanoco很早就公开宣称以无镉技术(CFQD®)为主，很大胆、很前瞻、很有个性，但是这个定位下的有点着急了，事实证明最能实现商业水平的材料仍然是硒化镉(CdSe)，无镉材料无论是半高宽、转换效率还是稳定性，要追上CdSe还需要时间，Nanoco这一壮烈的宣言把自己逼到了墙角，放弃了先用含镉材料去市场卡位的机会，于是，也成了量子点西洋三剑客中，商业成就仍然接近空白的公司。
Nanoco从2001年成立到现在，烧钱烧了快十五年，2016年初结算公开的半年亏损就达524万英镑，收入多少？那个…29万英镑(英国本地的销售就占了四分之三)。所以简单短评Nanoco这家好特别的公司，我会说：
“产品不含镉，股东不缺钱。”
Nanoco如果这十五年什么都没做，又怎么能一直在媒体上刷存在？Nanoco这些年可忙的了，大致上就是结盟、授权、被告，以及去鼓吹欧盟禁止含镉量子点等等，归纳起来都是政治与外交，Nanoco前前后后跟DOWS、Merck、Osram以及台湾的华宏合作，偶而跟眼中钉Nanosys打打架然后和好…这一路走来Nanoco内部收获最多、最有成就感的的单位，我想当属”公关”和”法务”了吧。
也是啦，有这么潇洒的CEO和股东，难怪英国会脱欧。
(2) QD Vision
QD Vision比较多人熟悉，毕竟是第一个把量子点显示市场打开的公司，在2013年发表了Color IQ™的技术后，Sony、Samsung、Philips、Nokia等大厂先后跟进推出TV、Monitor和手机，中国的海信、康佳与长虹也没错过这股风潮，一时之间量子点成了媒体的焦点，仿佛新一代的显示技术就此诞生。
先放一下很有名的点、线、面图(量子点在电视应用的三种型式)：

量子点初期进入显示市场时，把应用的形式分成三块，上图(a)是on-chip，量子点直接取代荧光粉，(b)是on-edge，量子点封进玻璃管中放在面板侧边，(c)on-surface，是做成一张薄膜取代背光模组里头的扩散片，从(a)到(c)量子点的消耗量越来越多，距离发光源也越来越远，这三者的优劣稍后与Nanosys一起说。
QD Vision采用的是Tube的形式，代工的是台湾的封装厂隆达(原本是威力盟，但威力盟在2013年初并入隆达)，这样子的形式宣称能减少量子点的消耗，又能跟晶片保持适当的距离(量子点怕热怕水氧，就跟OLED一样)，但QDV的初试啼声并没有获得巨大的成功，除了难封装、回收麻烦(尤其在欧洲)、欧盟对豁免期限的态度不明外，玻璃管量子点电视需要另开治具，而且无法与窄边框设计相容，这些都提高了转换成本，QD Vision此时仍未政策转弯，一昧固守QD Tube的形式，外加没有趁势布局非镉材料，导致一开始的成功能量没能延续。
2015到2016年间，三星、海信、TCL纷纷宣布倒戈，放弃Tube改投Film的怀抱，接着隆达在2016年初停止Tube代工并出售设备，2016年4月Nanosys乘胜追击，去按铃控告Nanoco以及Nanoco的客户Sony、Philips、TCL等专利侵权，QDV就这样哀伤的淡出显示舞台，把光环让给了对手Nanosys。
是该说说当今的最大赢家Nanosys了。
(3) Nanosys
Nanosys可以说和QD Vision师出同门，核心团队皆系出MIT量子点权威Bawendi，Nanosys堪称西洋三剑客中的专利战神，前后告过Nanoco和QD Vision，一个挑两个，简直凶悍到没朋友，是另外两家的眼中钉和头号竞争者。
在商业化的战略上，Nanosys不只布局的早，灵活程度也胜于Nanoco和QDV，QD on Chip虽然省材料，但因为太接近热源(LED)，会导致寿命和效率很差，Nanosys于是把on-chip定位在长期目标，点不行，线总可以吧？
在2008年Nanosys就已尝试过把QD Tube用在手机，产品名称当时叫Quantum Rail(合作对象是LG)，时间点比QDV早了足足五年，当时发现Tube阻水氧太难做、良率不好、量产性不足，Nanosys于是优雅一个转弯，在2010年初推出了和3M合作开发的量子点薄膜QDEF(Quantum Dot Enhancement Film)，这一张昂贵的薄膜没有立即获得市场青睐，QDV因为打点通路下了些功夫，反而在商战上捷足先登，事后诸葛来看也挺耐人寻味，QDV可以说是帮Nanosys做了球，不但先把商业化的路铺好、把量子点的宣传做好，最后还让客户自己学习到，原来薄膜更实在、更稳定、设计更简单，毕竟QDEF的工商说法是--“轻轻放进一层膜，就地变身广色域。”

当然，当今世上做量子点的公司远远不止这三家，美国还有QMC、VerLASE、Nano-Photonica等等，其他如德国的Merck(买下了以色列的Qlight)、韩国的Hansol、日本的Hitachi Chemical、中国的纳晶、普加福，以及台湾的迎辉、华宏等等，皆有相当的布局与研发成果，Nanosys之后下个成为产业焦点的会是谁，现在也还不好说，但可以预见的是三剑客的时代将淡化，取而代之的下个阶段会是百家争鸣。
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