淺述納米點的發展應用及自組裝生成Au納米點工藝

崔傳文　王俊杰　劉學偉

摘要 近幾年，Au/SiO₂納米材料一直被看作成尺寸制約性的代表材料，它不僅在生物學傳感器方面有廣泛應用，在非線性光學方面也有很大的應用價值。研究納米點的制備技術在納米電子和納米機械器件制備方面有重要意義。本文旨在闡述了納米點的發展應用及自組裝生成Au納米點。

關鍵詞 納米點 應用

近幾年，射頻磁控濺射制備金屬納米顆粒復合膜是許多方法中最好方法之一，可以在可控條件下和低溫環境中獲得均勻的覆蓋薄膜，可以將金屬顆粒均勻分散到半導體襯底中，這樣就比其它方法更能有效的控制金屬含量，而使復合膜中的金屬量達到很高的值。也可以用生長的Au/SiO₂一維納米材料作為模板，基于VLS生長機制催化生成理想的納米點或者納米線。這種用模板催化方式生長納米線或者納米點的工藝較其它方法更簡單。利用模板合成納米結構的方法給我們創造了更好的條件來控制復合納米的性質，進而在納米機械器件和納米電子制備方面有重要意義。本文淺述了納米點的可能的發展應用前景并初探了自組裝生成Au納米點工藝。

一、復合材料納米點的發展應用前景

納米點，也稱半導體量子點（納米微晶），是一種比較小的納米微粒。納米微晶的基本性質基于本身量子點的量子效應，當微粒尺寸進入到納米級別時，將會引起宏觀量子隧道效應、尺寸效應和表面效應，進而展現出許許多多不同于宏觀材料的物理化學性質，在生命科學、量子器件、醫藥等方面具有非常好的應用前景，同時將對電子信息技術、生命科學的發展產生深遠的影響。

（一）在生命科學中的應用

在生命科學領域納米微晶的主要應用前景就是在生物科學中作熒光探針，傳統的熒光探針激光光譜窄，且不連續，而納米微晶的激光光譜寬且連續，顏色可調，而且量子點的光化學穩定性高，不易分解。同時納米點很有可能使篩選藥物成為可能。將不同光譜的納米點與不同靶分子的藥物相結合，就可以一次性檢測藥物分子。納米點還可以應用在醫學成像方面。因為可見光只能穿透厚度為毫米級的組織，而紅外光線則可以穿透厚度為厘米級的組織，因此我們可將在紅外區發光的納米點標記到要檢測組織的組分上，同時用紅外光激發，通過成像的方法來檢測組織內部的情況，從而達到診斷的目的。納米點在生物芯片發展歷程中也可以大顯身手。例如在研究蛋白質與蛋白質相互作用的生物芯片中，盡管生物芯片上有非常非常多的蛋白質，可是由于受傳統熒光探針性能的限制，通常一次只能將一種或幾種標記了熒光探針的蛋白質與生物芯片相作用，從而進行檢測。要研究多個蛋白質就必須重復操作，降低了效率。如果我們在芯片的應用中引入了納米點情況則可能不同，基本可以做到“很多”對“很多”。納米微晶還可以應用于溶液矩陣，即將不同的納米點或納米點微粒標記在每一種生物分子上，并置于溶液中，形成所謂溶液矩陣。進行標記了的生物分子在溶液狀態下很容易保持生物分子的正常三維構象，從而具備了正常的生物功能，這是其優于平面芯片的地方。

（二）半導體納米點的器件應用

納米點的生長工藝及其性質成為當今納米材料的研究熱點，目前最常用的制備納米點的方法是自組織生長方式。納米點中較低的態密度和能級的尖銳化，導致了納米點的結構對其中的載流子產生三維量子限制效應，從而使其光學性能和電學性能發生了變化，而納米點在正入射情況下才能發生明顯的帶內躍遷。這些性質都使納米點在各種光電器件、單電子器件以及其他器件方面具有極為廣闊的應用前景。

納米點復合材料及納米點激光器是半導體技術領域中的一個前沿性課題。納米點復合材料基于它的量子隧穿、尺寸效應、以及非線性光學效應等是新一代固態量子器件的基礎，在未來的光電子學、新一代超大規模集成電路和納米電子學等方面有著極其重要的應用前景。我們采用自組裝方法直接生長納米點復合材料，可將納米點的橫向尺寸縮小到幾十納米之內，接近縱向尺寸，并可獲得無位借、無損傷的納米點，現己成為納米點復合材料制備技術的重要手段之一，缺點就是納米點的均勻性不好控制。以納米點結構為有源區的納米點激光器理論上具有更高的光增益、更寬的調制帶寬、更高的特征溫度和更低的閡值電流密度等優點，將使激光器件的性能有一個質的飛躍，對未來半導體激光器件市場的發展方向產生巨大的影響。近幾年來，日本、歐洲、美國等國家都開展了自組裝納米點材料和納米點激光器件的研究，取得了很大進展。

當然在除了采用面發射激光器、納米點材料研制邊發射外，在其他的光電子器件上納米點也得到了非常非常廣泛的應用。

二、自組裝法生長Au納米點工藝

半導體納米點的生長工藝及其性質成為當今納米材料的研究熱點，目前比較流行的納米點制備工藝一般有三種：一是在超晶格結構或量子阱的基礎上用高分辨電子束曝光直接刻蝕的工藝，量子點的分布、形狀可控，但容易損傷而引入玷污和缺陷；二是用溶膠凝膠的化學方法制備半導體納米點，但雜質很多，工藝仍不成熟；三是利用晶體生長的S-K模式進行應變原位自組裝生長納米點，也是最成熟、簡便的方法。

我們也可以用自組裝法生長Au納米點，然后作為生長一維納米材料的模板，這種用自組裝方法制備的模板較其它一些方法更簡單普適。利用此類模板合成納米結構給人們以更多的自由度來控制體系的性質，在納米電子和納米機械器件制備方面有重要意義。