JP2018039971A - Semiconductor nanoparticles, method of producing semiconductor nanoparticles, and light-emitting device - Google Patents

Semiconductor nanoparticles, method of producing semiconductor nanoparticles, and light-emitting device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ternary or quaternary semiconductor nanoparticle that enables the band-edge emission and has a less toxic composition.SOLUTION: A semiconductor nanoparticle is provided that contains Ag, In, and S and has an average particle size of 50 nm or less. The ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of Ag and In is 0.320 or more and 0.385 or less, and the ratio of the number of atoms of S to the total number of atoms of Ag and In is 1.20 or more and 1.45 or less. The semiconductor nanoparticle is adapted to emit light having an emission lifetime of 200 ns or less upon being irradiated with light having a wavelength in a range of 350 nm to 500 nm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、半導体ナノ粒子およびその製造方法、ならびに当該半導体ナノ粒子を利用した発光デバイスに関する。   The present invention relates to semiconductor nanoparticles, a method for producing the same, and a light-emitting device using the semiconductor nanoparticles.

液晶表示装置のバックライト等に用いられる白色発光デバイスとして、量子ドット(半導体量子ドットとも呼ばれる)の発光を利用したものが提案されている。半導体の微粒子はその粒径が例えば10nm以下になると、量子サイズ効果が発現することが知られており、そのようなナノ粒子は量子ドットと呼ばれる。量子サイズ効果とは、バルク粒子では連続とみなされる価電子帯と伝導帯のそれぞれのバンドが、粒径をナノサイズとしたときに離散的となり、粒径に応じてバンドギャップエネルギーが変化する現象を指す。   As a white light emitting device used for a backlight of a liquid crystal display device, a device using light emission of a quantum dot (also called a semiconductor quantum dot) has been proposed. Semiconductor fine particles are known to exhibit a quantum size effect when their particle size is, for example, 10 nm or less, and such nanoparticles are called quantum dots. The quantum size effect is a phenomenon in which the valence band and conduction band, which are considered continuous in bulk particles, become discrete when the particle size is nano-sized, and the band gap energy changes according to the particle size. Point to.

量子ドットは、光を吸収して、そのバンドギャップエネルギーに対応する光を発するので、発光デバイスにおける波長変換物質として用いることができる。量子ドットを用いた発光デバイスは、例えば、特許文献1、2において提案されている。具体的には、LEDチップから発せされる光の一部を量子ドットに吸収させて、別の色の光を発光させ、量子ドットから発光される光と量子ドットに吸収されなかったLEDチップからの光とを混合して白色光を得ることが提案されている。これらの特許文献では、CdSeおよびCdTe等の第12族−第16族、PbSおよびPbSe等の第14族−第16族の量子ドットを使用することが提案されている。   Since the quantum dot absorbs light and emits light corresponding to its band gap energy, it can be used as a wavelength conversion material in a light emitting device. For example, Patent Documents 1 and 2 propose light-emitting devices using quantum dots. Specifically, a part of the light emitted from the LED chip is absorbed by the quantum dots, light of another color is emitted, and the light emitted from the quantum dots and the LED chip that is not absorbed by the quantum dots It has been proposed to obtain white light by mixing with the above light. In these patent documents, it is proposed to use quantum dots of Group 12 to Group 16 such as CdSe and CdTe, and Group 14 to Group 16 such as PbS and PbSe.

特開2012−212862号公報JP 2012-212862 A 特開2010−177656号公報JP 2010-177656 A

発光デバイスにおいて量子ドットを用いることの利点の一つは、バンドギャップに相当する波長の光が、比較的狭い半値幅のピークとして得られることである。波長変換物質として提案されている量子ドットのうち、バンドギャップに相当する波長の光、すなわちバンド端発光が確認されているものは、CdSe等の第12族−第14族に代表される二元系の半導体からなる量子ドットである。しかし、三元系の量子ドット、特に、第11族−第13族−第16族の量子ドットについてはバンド端発光が確認されていない。   One advantage of using quantum dots in a light emitting device is that light having a wavelength corresponding to the band gap is obtained as a peak having a relatively narrow half-value width. Among the quantum dots proposed as wavelength converting substances, light having a wavelength corresponding to the band gap, that is, those in which band edge emission has been confirmed, are binary elements represented by Group 12 to Group 14 such as CdSe. It is a quantum dot made of a series semiconductor. However, band edge emission has not been confirmed for ternary quantum dots, particularly those belonging to Group 11-Group 13-Group 16.

第11族−第13族−第16族の量子ドットから発せられる光は、粒子表面や内部の欠陥準位、あるいはドナー・アクセプター対再結合に由来するものであるために、発光ピークがブロードであって半値幅が広く、その発光寿命も長いものである。そのような発光は、特に液晶表示装置で用いる発光デバイスには適していない。液晶表示装置に用いる発光デバイスに対しては、高い色再現性を確保するために、三原色(RGB)に対応するピーク波長を有する半値幅の狭い発光が要求されるからである。そのため、三元系の量子ドットは、低毒性の組成とし得るにもかかわらず、その実用化は進んでいない。   The light emitted from the group 11-group 13-group 16 quantum dots originates from the surface of the particle, internal defect levels, or donor-acceptor pair recombination, so the emission peak is broad. It has a wide half-value width and a long light emission lifetime. Such light emission is not particularly suitable for a light-emitting device used in a liquid crystal display device. This is because a light-emitting device used in a liquid crystal display device is required to emit light with a narrow half-value width having peak wavelengths corresponding to the three primary colors (RGB) in order to ensure high color reproducibility. Therefore, ternary quantum dots have not been put into practical use even though they can have a low toxicity composition.

本発明に係る実施形態は、低毒性の組成とし得る三元系の量子ドットからバンド端発光が得られる構成を備えた、半導体ナノ粒子及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the embodiment of the present invention is to provide a semiconductor nanoparticle having a configuration capable of obtaining band edge emission from a ternary quantum dot that can have a low toxicity composition, and a method for producing the same.

本発明に係る実施形態は、Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物とを、有機溶媒中にて反応させることにより半導体ナノ粒子を製造する方法であって、
(a)Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物と、有機溶媒とを準備することと、
(b)AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.33以上0.42以下となるように、前記Agの塩と、前記Inの塩と、前記Sの供給源となる化合物とを、前記有機溶媒中に投入して、半導体ナノ粒子を生成すること、
を含む半導体ナノ粒子の製造方法である。
An embodiment according to the present invention is a method for producing semiconductor nanoparticles by reacting an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S in an organic solvent,
(A) preparing an Ag salt, an In salt, a compound serving as a source of S, and an organic solvent;
(B) the Ag salt, the In salt, and the S source so that the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.33 or more and 0.42 or less; A compound to be formed in the organic solvent to produce semiconductor nanoparticles,
A method for producing semiconductor nanoparticles containing

本発明に係る別の実施形態は、上記の実施形態に係る半導体ナノ粒子の製造方法で製造した半導体ナノ粒子を溶媒中に分散させた分散液を準備すること、
前記分散液に、第13族元素を含む化合物および第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物を加えて、前記半導体ナノ粒子の表面に、実質的に前記第13族元素と前記第16族元素からなる半導体の層を形成することを含む、コアシェル型半導体ナノ粒子の製造方法である。
Another embodiment according to the present invention is to prepare a dispersion in which semiconductor nanoparticles produced by the method for producing semiconductor nanoparticles according to the above embodiment are dispersed in a solvent,
A compound containing a group 13 element and a group 16 element or a compound containing a group 16 element are added to the dispersion to substantially add the group 13 element and the group to the surface of the semiconductor nanoparticle. It is a manufacturing method of a core-shell type semiconductor nanoparticle including forming a semiconductor layer composed of a group 16 element.

本発明に係るさらに別の実施形態は、Ag、In、およびSを含む、平均粒径が50nm以下の半導体ナノ粒子であって、
AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.320以上0.385以下であり、
AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比が1.20以上1.45以下であり、
350〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されると、発光寿命が200ns以下の光を発する、
半導体ナノ粒子である。
Still another embodiment according to the present invention is a semiconductor nanoparticle containing Ag, In, and S having an average particle size of 50 nm or less,
The ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.320 or more and 0.385 or less,
The ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms is 1.20 or more and 1.45 or less,
When light having a wavelength in the range of 350 to 500 nm is irradiated, it emits light having an emission lifetime of 200 ns or less.
Semiconductor nanoparticles.

本発明に係るさらに別の実施形態は、コアと、前記コアの表面を覆い前記コアとヘテロ接合するシェルと、を備えるコアシェル型半導体ナノ粒子であって、
前記コアが、Ag、In、およびSを含み、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.320以上0.385以下であり、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比が1.20以上1.45以下である、半導体から成り、
前記シェルが、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体であり、
350〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されたときに得られる発光スペクトルにおいて、ピーク波長が550nm〜650nmの範囲内にあり、半値幅が80nm以下である発光ピークが観察される、
コアシェル型半導体ナノ粒子である。
Yet another embodiment according to the present invention is a core-shell type semiconductor nanoparticle comprising a core and a shell that covers the surface of the core and heterojunction with the core,
The core includes Ag, In, and S, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is not less than 0.320 and not more than 0.385, and S relative to the total number of Ag and In atoms The ratio of the number of atoms of the semiconductor is 1.20 or more and 1.45 or less,
The shell is a semiconductor substantially composed of a Group 13 element and a Group 16 element;
In the emission spectrum obtained when light having a wavelength in the range of 350 to 500 nm is irradiated, an emission peak having a peak wavelength in the range of 550 nm to 650 nm and a half width of 80 nm or less is observed.
Core-shell type semiconductor nanoparticles.

本発明にかかるさらに別の実施形態は、光変換部材および半導体発光素子を含む発光デバイスであって、前記光変換部材に、本発明に係る実施形態の上記半導体ナノ粒子が含まれる、発光デバイスである。   Yet another embodiment of the present invention is a light emitting device including a light conversion member and a semiconductor light emitting element, wherein the light conversion member includes the semiconductor nanoparticles of the embodiment according to the present invention. is there.

本発明に係る実施形態の半導体ナノ粒子は、それぞれ第11族、第13族、および第16族元素である、Ag、In、およびSを含む半導体からなり、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比、およびAgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比がそれぞれ特定の範囲内にあり、かつ発光寿命の短い発光、すなわちバンド端発光が得られることを特徴としている。この半導体ナノ粒子は、毒性が高いとされているCdおよびPbを含まない組成のものとすることができ、Cd等の使用が禁じられている製品等にも適用可能である。したがって、この半導体ナノ粒子は、液晶表示装置等に用いる発光デバイスの波長変換物質として、また、生体分子マーカーとして好適に用いることができる。さらに、上記の半導体ナノ粒子の製造方法によれば、バンド端発光を与える三元系の半導体ナノ粒子を比較的簡易に製造することが可能となる。   The semiconductor nanoparticles of the embodiment according to the present invention are made of a semiconductor containing Ag, In, and S, which are elements of Group 11, Group 13, and Group 16, respectively, with respect to the total number of Ag and In atoms. The ratio of the number of Ag atoms and the ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms are within a specific range, respectively, and emission having a short emission lifetime, that is, band edge emission is obtained. Yes. The semiconductor nanoparticles can have a composition that does not contain Cd and Pb, which are considered to be highly toxic, and can also be applied to products that prohibit the use of Cd and the like. Therefore, the semiconductor nanoparticles can be suitably used as a wavelength conversion substance for a light-emitting device used in a liquid crystal display device or the like, or as a biomolecule marker. Furthermore, according to the method for producing semiconductor nanoparticles described above, it is possible to relatively easily produce ternary semiconductor nanoparticles that give band edge emission.

実施例2の半導体ナノ粒子のXRDパターンである。2 is an XRD pattern of semiconductor nanoparticles of Example 2. FIG. 実施例1〜3の半導体ナノ粒子の吸収スペクトルである。It is an absorption spectrum of the semiconductor nanoparticle of Examples 1-3. 実施例1〜3の半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the semiconductor nanoparticle of Examples 1-3. 実施例4および比較例1〜2の半導体ナノ粒子の吸収スペクトルである。It is an absorption spectrum of the semiconductor nanoparticle of Example 4 and Comparative Examples 1-2. 実施例4および比較例1〜2の半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the semiconductor nanoparticle of Example 4 and Comparative Examples 1-2. 実施例5で作製したコア(一次半導体ナノ粒子)の発光/吸収スペクトルである。6 is an emission / absorption spectrum of a core (primary semiconductor nanoparticles) produced in Example 5. 実施例5で作製したコアシェル型半導体ナノ粒子の発光/吸収スペクトルである。6 is an emission / absorption spectrum of core-shell type semiconductor nanoparticles prepared in Example 5. 実施例5で作製したコアシェル型半導体ナノ粒子のHAADF像である。6 is a HAADF image of core-shell type semiconductor nanoparticles prepared in Example 5. FIG. 実施例5で作製したコア(一次半導体ナノ粒子)のHAADF像である。6 is a HAADF image of the core (primary semiconductor nanoparticles) produced in Example 5. FIG.

以下、実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す形態に限定されるものではない。また、各実施形態およびその変形例において説明した事項は、特に断りのない限り、他の実施形態および変形例にも適用することができる。   Hereinafter, embodiments will be described in detail. However, this invention is not limited to the form shown below. In addition, the matters described in the embodiments and the modifications thereof can be applied to other embodiments and modifications unless otherwise specified.

(第1の実施形態:半導体ナノ粒子)
第1の実施形態として、Ag、InおよびSを含む半導体ナノ粒子を説明する。
本実施形態の半導体ナノ粒子は、Ag、In、およびSを含む、平均粒径が50nm以下の半導体ナノ粒子である。この半導体ナノ粒子の結晶構造は、正方晶、六方晶、または斜方晶からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。
(First embodiment: semiconductor nanoparticles)
As a first embodiment, semiconductor nanoparticles containing Ag, In and S will be described.
The semiconductor nanoparticles of this embodiment are semiconductor nanoparticles containing Ag, In, and S and having an average particle size of 50 nm or less. The crystal structure of the semiconductor nanoparticles may be at least one selected from the group consisting of tetragonal, hexagonal, and orthorhombic.

上記特定の元素を含み、かつその結晶構造が正方晶、六方晶、または斜方晶である半導体ナノ粒子は、一般的には、AgInSの組成式で表されるものとして、文献等において紹介されている。なお、AgInSの組成式で表される半導体であって、六方晶の結晶構造を有するものはウルツ鉱型であり、正方晶の結晶構造を有する半導体はカルコパイライト型である。結晶構造は、例えば、X線回折(XRD)により得られるXRDパターンを測定することによって同定される。具体的には、半導体ナノ粒子から得られたXRDパターンを、AgInSの組成で表される半導体ナノ粒子のものとして既知のXRDパターン、または結晶構造パラメータからシミュレーションを行って求めたXRDパターンと比較する。既知のパターンおよびシミュレーションのパターンの中に、半導体ナノ粒子のパターンと一致するものがあれば、当該半導体ナノ粒子の結晶構造は、その一致した既知またはシミュレーションのパターンの結晶構造であるといえる。 Semiconductor nanoparticles containing the above-mentioned specific elements and having a crystal structure of tetragonal, hexagonal or orthorhombic are generally introduced in the literature, etc., as expressed by the composition formula of AgInS 2 Has been. Note that a semiconductor represented by the composition formula of AgInS 2 and having a hexagonal crystal structure is a wurtzite type, and a semiconductor having a tetragonal crystal structure is a chalcopyrite type. The crystal structure is identified, for example, by measuring an XRD pattern obtained by X-ray diffraction (XRD). Specifically, the XRD pattern obtained from the semiconductor nanoparticles is compared with the XRD pattern known as that of the semiconductor nanoparticles represented by the composition of AgInS 2 or the XRD pattern obtained by performing simulations from crystal structure parameters. To do. If there is a known pattern and a simulation pattern that match the semiconductor nanoparticle pattern, the crystal structure of the semiconductor nanoparticle can be said to be the crystal structure of the matching known or simulated pattern.

ナノ粒子の集合体においては、異なる結晶構造のナノ粒子が混在していてよい。その場合、XRDパターンにおいては、複数の結晶構造に由来するピークが観察される。   In the aggregate of nanoparticles, nanoparticles having different crystal structures may be mixed. In that case, in the XRD pattern, peaks derived from a plurality of crystal structures are observed.

AgInSの組成式で表される半導体を得るには、Ag源、In源およびS源となる化合物の割合(仕込み比)を、化学量論組成のとおりとなるように選択して、半導体を合成するのが一般的である。本発明者らは、Ag、InおよびSから成る半導体あるいはこれらの元素を含む半導体において、これらの元素が化学量論組成比からはずれた組成をとる場合に、バンド端発光が得られる可能性を検討した。その結果、各元素源の仕込み比を、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比を、後述するとおり、0.33以上0.42以下となるように選択して半導体ナノ粒子を生成すると、非化学量論組成ではあるが、バンド端発光可能な半導体ナノ粒子が得られることを見出した。 In order to obtain a semiconductor represented by the composition formula of AgInS 2 , the ratio (preparation ratio) of the compounds serving as the Ag source, the In source, and the S source is selected so as to satisfy the stoichiometric composition. It is common to synthesize. The inventors of the present invention have found that when a semiconductor composed of Ag, In, and S or a semiconductor containing these elements has a composition deviating from the stoichiometric composition ratio, band edge emission can be obtained. investigated. As a result, the preparation ratio of each element source is selected so that the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.33 or more and 0.42 or less, as will be described later. It was found that semiconductor nanoparticles capable of emitting light at the band edge, although having a non-stoichiometric composition, can be obtained.

本実施形態の半導体ナノ粒子においては、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/Ag+In)が0.320以上0.385以下であり、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比(S/Ag+In)が1.20以上1.45以下である。Ag/Ag+Inが0.320以上0.385以下であるということは、Inが化学量論組成比よりも多い割合で含まれていることを意味する。また、S/Ag+Inが1.20以上1.45以下であるということは、Sが化学量論組成比よりも多い割合で含まれていることを意味する。化学量論組成どおりにAg、InおよびSが含まれていると、Ag/Ag+Inは0.5となり、S/Ag+Inは1となる。   In the semiconductor nanoparticles of this embodiment, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms (Ag / Ag + In) is 0.320 or more and 0.385 or less, and the total number of Ag and In atoms is The ratio of the number of S atoms to (S / Ag + In) is 1.20 or more and 1.45 or less. That Ag / Ag + In is 0.320 or more and 0.385 or less means that In is contained at a ratio higher than the stoichiometric composition ratio. Moreover, that S / Ag + In is 1.20 or more and 1.45 or less means that S is contained in a proportion higher than the stoichiometric composition ratio. When Ag, In, and S are contained according to the stoichiometric composition, Ag / Ag + In becomes 0.5 and S / Ag + In becomes 1.

本実施形態の半導体ナノ粒子が比較的強いバンド端発光を与える理由は定かではないが、例えば、InとSとがInを形成し、これが何らかの影響をもたらしている可能性があるとも推察される。尤も、この推察により、特許請求の範囲に記載された発明が何ら限定されるものではない。 The reason why the semiconductor nanoparticles of the present embodiment give relatively strong band edge emission is not clear, but for example, In and S form In 2 S 3 , which may have some influence. Inferred. However, this inference does not limit the invention described in the claims.

本実施形態において、Ag/Ag+Inは0.320以上0.385以下であり、特に0.350以上0.382以下であり、S/Ag+Inは1.20以上1.45以下であり、特に1.25以上1.40以下である。Ag/Ag+InおよびS/Ag+Inが、それぞれこれらの範囲内にあると、バンド端発光が得られやすく、あるいは発光強度のより大きいバンド端発光が得られやすい。   In this embodiment, Ag / Ag + In is 0.320 or more and 0.385 or less, particularly 0.350 or more and 0.382 or less, and S / Ag + In is 1.20 or more and 1.45 or less. It is 25 or more and 1.40 or less. When Ag / Ag + In and S / Ag + In are within these ranges, it is easy to obtain band edge light emission or to obtain band edge light emission having a larger light emission intensity.

半導体ナノ粒子の化学組成は、例えば、エネルギー分散型X線分析法または蛍光X線分析法(XRF)によって同定することができる。Ag/Ag+InおよびS/Ag+Inは、これらの方法のいずれかで測定した化学組成に基づいて算出される。   The chemical composition of the semiconductor nanoparticles can be identified, for example, by energy dispersive X-ray analysis or fluorescent X-ray analysis (XRF). Ag / Ag + In and S / Ag + In are calculated based on the chemical composition measured by any of these methods.

第1の実施形態のナノ粒子は、Ag、InおよびSのみから実質的に成っていてよい。ここで「実質的に」という用語は、不純物の混入等に起因して不可避的にAg、InおよびS以外の元素が含まれることを考慮して使用している。あるいは、第1の実施形態のナノ粒子は、Ag/Ag+InおよびS/Ag+Inが上記の範囲内にある限りにおいて、他の元素を含んでいてよい。   The nanoparticles of the first embodiment may consist essentially of Ag, In and S only. Here, the term “substantially” is used in consideration of the fact that elements other than Ag, In, and S are inevitably included due to contamination of impurities and the like. Alternatively, the nanoparticles of the first embodiment may contain other elements as long as Ag / Ag + In and S / Ag + In are within the above ranges.

本実施形態の半導体ナノ粒子は、50nm以下の平均粒径を有する。平均粒径は、例えば、1nm〜20nmの範囲内、特に1nm〜10nmの範囲内にあってよい。平均粒径が50nmを越えると量子サイズ効果が得られにくくなり、バンド端発光が得られにくくなる。   The semiconductor nanoparticles of this embodiment have an average particle size of 50 nm or less. The average particle diameter may be, for example, in the range of 1 nm to 20 nm, in particular in the range of 1 nm to 10 nm. When the average particle size exceeds 50 nm, it becomes difficult to obtain the quantum size effect, and it becomes difficult to obtain band edge emission.

ナノ粒子の平均粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて撮影されたTEM像から求めてよい。具体的には、TEM像で観察される粒子の外周の任意の二点を結ぶ線分であって、当該粒子の中心を通過する線分のうち、最も長いものを指す。   The average particle diameter of the nanoparticles may be determined from, for example, a TEM image taken using a transmission electron microscope (TEM). Specifically, it is a line segment connecting two arbitrary points on the outer periphery of the particle observed in the TEM image, and indicates the longest line segment passing through the center of the particle.

ただし、粒子がロッド状の形状を有するものである場合には、短軸の長さを粒径とみなす。ここで、ロッド状の形状の粒子とは、長方形状を含む四角形状(断面は、円、楕円、または多角形状を有する)、楕円形状、または多角形状(例えば鉛筆のような形状)等として観察されるものであって、短軸の長さに対する長軸の長さの比が1.2より大きいものを指す。ロッド状の形状の粒子について、長軸の長さは、楕円形状の場合には、粒子の外周の任意の二点を結ぶ線分のうち、最も長いものを指し、長方形状または多角形状の場合、外周を規定する辺の中で最も長い辺に平行であり、かつ粒子の外周の任意の二点を結ぶ線分のうち、最も長いものを指す。短軸の長さは、外周の任意の二点を結ぶ線分のうち、前記長軸の長さを規定する線分に直交し、かつ最も長さの長い線分を指す。   However, when the particles have a rod-like shape, the length of the minor axis is regarded as the particle size. Here, the rod-shaped particles are observed as quadrangular shapes including a rectangular shape (the cross section has a circle, ellipse, or polygonal shape), an elliptical shape, or a polygonal shape (for example, a shape like a pencil). The ratio of the length of the long axis to the length of the short axis is greater than 1.2. For rod-shaped particles, the length of the long axis is the longest of the line segments connecting any two points on the outer periphery of the particle in the case of an elliptical shape, and in the case of a rectangular or polygonal shape The longest of the line segments connecting any two points on the outer periphery of the particle and parallel to the longest side among the sides defining the outer periphery. The length of the short axis refers to the longest segment that is orthogonal to the segment that defines the length of the major axis among the segments connecting any two points on the outer periphery.

平均粒径は、50000倍〜150000倍のTEM像で観察される、すべての計測可能なナノ粒子について粒径を測定し、それらの粒径の算術平均とする。ここで、「計測可能な」粒子は、TEM像において粒子全体が観察できるものである。したがって、TEM像において、その一部が撮像範囲に含まれておらず、「切れて」いるような粒子は計測可能なものではない。
一つのTEM像に含まれるナノ粒子が合計100点以上である場合には、一つのTEM像を用いて平均粒径を求める。一つのTEM像に含まれるナノ粒子の数が少ない場合には、撮像場所を変更して、TEM像をさらに得、二つ以上のTEM像に含まれる100点以上の粒子について粒径を測定する。
The average particle diameter is measured for all measurable nanoparticles observed in a 50,000-fold to 150,000-fold TEM image, and is the arithmetic average of the particle diameters. Here, “measurable” particles are those in which the entire particles can be observed in a TEM image. Accordingly, a part of the TEM image is not included in the imaging range, and particles that are “cut” are not measurable.
When a total of 100 or more nanoparticles are included in one TEM image, the average particle diameter is obtained using one TEM image. When the number of nanoparticles included in one TEM image is small, the imaging location is changed to further obtain a TEM image, and the particle size is measured for 100 or more particles included in two or more TEM images. .

本実施形態の半導体ナノ粒子は、Ag/Ag+InおよびS/Ag+Inが上記の範囲内にあることに起因して、バンド端発光を発光可能である。具体的には、本実施形態の半導体ナノ粒子は、350nm〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されると、照射された光よりも長い波長を有し、かつ発光寿命が200ns以下の光を発することができる。また、発光寿命が200ns以下の発光は、好ましくは、半導体ナノ粒子が与える発光スペクトルにおいて、半値幅が150nm以下として観察される。   The semiconductor nanoparticles of the present embodiment can emit band edge emission due to Ag / Ag + In and S / Ag + In being in the above ranges. Specifically, when the semiconductor nanoparticles of this embodiment are irradiated with light having a wavelength in the range of 350 nm to 500 nm, the semiconductor nanoparticles have a longer wavelength than the irradiated light and have a light emission lifetime of 200 ns or less. Can emit light. In addition, light emission with an emission lifetime of 200 ns or less is preferably observed with a half-value width of 150 nm or less in the emission spectrum provided by the semiconductor nanoparticles.

発光寿命は、次の手順に従って求める。まず、半導体ナノ粒子に励起光を照射して発光させ、発光スペクトルのピーク付近の波長、例えば、(ピークの波長±50nm)の範囲内にある波長の光について、その減衰(残光)の経時変化を測定する。経時変化は、励起光の照射を止めた時点から測定する。得られる減衰曲線は一般に、発光や熱等の緩和過程に由来する複数の減衰曲線を足し合わせたものとなっている。そこで、本実施形態では、3つの成分(すなわち、3つの減衰曲線)が含まれると仮定して、発光強度をI(t)としたときに、減衰曲線が下記の式で表せるように、パラメータフィッティングを行う。パラメータフィッティングは、専用ソフトを使用して実施する。
I(t)=Aexp(−t/τ)+Aexp(−t/τ)+Aexp(−t/τ
The light emission lifetime is determined according to the following procedure. First, semiconductor nanoparticles are irradiated with excitation light to emit light, and the decay (afterglow) of light having a wavelength in the vicinity of the peak of the emission spectrum, for example, a wavelength within the range of (peak wavelength ± 50 nm), over time. Measure changes. The change with time is measured from the point of time when the irradiation of the excitation light is stopped. The attenuation curve obtained is generally a combination of a plurality of attenuation curves derived from relaxation processes such as light emission and heat. Therefore, in the present embodiment, it is assumed that three components (that is, three attenuation curves) are included, and the parameter is set so that the attenuation curve can be expressed by the following equation when the emission intensity is I (t). Perform fitting. Parameter fitting is performed using dedicated software.
I (t) = A 1 exp (−t / τ 1 ) + A 2 exp (−t / τ 2 ) + A 3 exp (−t / τ 3 )

上記の式中、各成分のτ、τ、τは、光強度が初期の1/e(36.8%)に減衰するのに要する時間であり、これが各成分の発光寿命に相当する。発光寿命の短い順にτ、τ、τとする。また、A、AおよびAは、各成分の寄与率である。本実施形態では、Aexp(−t/τ)で表される曲線の積分値が最も大きいものを主成分としたときに、当該主成分のτを、発光寿命を測定した光(前記ピーク付近の波長の光)の発光寿命とする。そして、発光寿命が200ns以下である発光は、バンド端発光であると推察される。なお、主成分の特定に際しては、Aexp(−t/τ)のtの値を0から無限大まで積分することによって得られるA×τを比較し、この値が最も大きいものを主成分とする。 In the above formula, τ 1 , τ 2 , and τ 3 of each component are the time required for the light intensity to decay to 1 / e (36.8%) of the initial stage, which corresponds to the emission lifetime of each component. To do. Τ 1 , τ 2 , and τ 3 are set in order from the shortest emission lifetime. A 1 , A 2 and A 3 are contribution rates of the respective components. In the present embodiment, when a component having the largest integral value of a curve represented by A x exp (−t / τ x ) is used as a main component, τ of the main component is used as light (the above-mentioned light emission lifetime measured). The emission lifetime of light having a wavelength near the peak). And it is guessed that the light emission whose light emission lifetime is 200 ns or less is band edge light emission. In specifying the principal component, A x × τ x obtained by integrating the value of t of A x exp (−t / τ x ) from 0 to infinity is compared, and this value is the largest. Is the main component.

本実施形態では、発光の減衰曲線が3つ、4つ、または5つの成分を含むものと仮定してパラメータフィッティングを行って得られる式がそれぞれ描く減衰曲線と、実際の減衰曲線とのずれは、それほど変わらない。そのため、本実施形態では、主成分のτを求めるにあたり、発光の減衰曲線に含まれる成分の数を3と仮定し、それによりパラメータフィッティングが煩雑となることを避けている。   In this embodiment, assuming that the emission attenuation curve includes three, four, or five components, the difference between the attenuation curve drawn by the equation obtained by performing the parameter fitting and the actual attenuation curve is as follows. , Not much changed. For this reason, in the present embodiment, when obtaining τ of the main component, it is assumed that the number of components included in the emission attenuation curve is 3, thereby avoiding complicated parameter fitting.

本実施形態の半導体ナノ粒子の発光スペクトルは、350nm〜1100nmの範囲から選択される特定の一つの波長の光を照射したときに得られる。例えば、正方晶の結晶構造を有し、Ag/Ag+Inが0.361、S/Ag+Inが1.30であるナノ粒子(後述する実施例2に相当)の場合、波長365nmの光を照射すると、図3にて点線で示すように、590nm付近にバンド端発光に由来する発光ピークが観察される発光スペクトルを得ることができる。   The emission spectrum of the semiconductor nanoparticles of the present embodiment is obtained when light having a specific wavelength selected from the range of 350 nm to 1100 nm is irradiated. For example, in the case of nanoparticles having a tetragonal crystal structure, Ag / Ag + In of 0.361 and S / Ag + In of 1.30 (corresponding to Example 2 described later), irradiation with light having a wavelength of 365 nm, As shown by a dotted line in FIG. 3, an emission spectrum in which an emission peak derived from band edge emission is observed in the vicinity of 590 nm can be obtained.

本実施形態の半導体ナノ粒子は、バンド端発光とともに、他の発光、例えば欠陥発光を与えるものであってよい。欠陥発光は一般に発光寿命が長く、またブロードなスペクトルを有し、バンド端発光よりも長波長側にそのピークを有する。バンド端発光と欠陥発光がともに得られる場合、バンド端発光の強度が欠陥発光の強度よりも大きいことが好ましい。   The semiconductor nanoparticles of the present embodiment may provide other light emission, for example, defect light emission, together with band edge light emission. Defect emission generally has a long emission lifetime, has a broad spectrum, and has a peak at a longer wavelength than band edge emission. When both band edge emission and defect emission are obtained, it is preferable that the intensity of band edge emission is greater than the intensity of defect emission.

本実施形態の半導体ナノ粒子が発光するバンド端発光は、半導体ナノ粒子の形状および/または平均粒径、特に平均粒径を変化させることによって、そのピークの位置を変化させることができる。例えば、半導体ナノ粒子の平均粒径をより小さくすれば、量子サイズ効果により、バンドギャップエネルギーがより大きくなり、バンド端発光のピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。   The band edge emission emitted from the semiconductor nanoparticles of the present embodiment can be changed in its peak position by changing the shape and / or average particle size, particularly the average particle size, of the semiconductor nanoparticles. For example, if the average particle size of the semiconductor nanoparticles is made smaller, the band gap energy becomes larger due to the quantum size effect, and the peak wavelength of the band edge emission can be shifted to the short wavelength side.

本実施形態の半導体ナノ粒子の吸収スペクトルは、所定の範囲から選択される波長の光を照射することにより得られる。例えば、正方晶の結晶構造を有し、Ag/Ag+Inが0.361、S/Ag+Inが1.30であるナノ粒子(後述する実施例2に相当)の場合、波長190nm〜1100nmの光を照射すると、図2にて実線で示すとおりの吸収スペクトルを得ることができる。図2は、波長190nm〜1100nmの吸収スペクトルのうち、波長約350nm〜750nmの範囲のものを示している。   The absorption spectrum of the semiconductor nanoparticles of this embodiment can be obtained by irradiating light having a wavelength selected from a predetermined range. For example, in the case of a nanoparticle having a tetragonal crystal structure, Ag / Ag + In of 0.361 and S / Ag + In of 1.30 (corresponding to Example 2 described later), light with a wavelength of 190 nm to 1100 nm is irradiated. Then, an absorption spectrum as shown by a solid line in FIG. 2 can be obtained. FIG. 2 shows an absorption spectrum having a wavelength of about 190 nm to 1100 nm and a wavelength range of about 350 nm to 750 nm.

本実施形態の半導体ナノ粒子はまた、その吸収スペクトルがエキシトンピークを示すものであることが好ましい。エキシトンピークは、励起子生成により得られるピークであり、これが吸収スペクトルにおいて発現しているということは、粒径の分布が小さく、結晶欠陥の少ないバンド端発光に適した粒子であることを意味する。エキシトンピークが急峻になるほど、粒径がそろった結晶欠陥の少ない粒子が半導体ナノ粒子の集合体により多く含まれていることを意味し、したがって、発光の半値幅は狭くなり、発光効率が向上すると予想される。本実施形態の半導体ナノ粒子の吸収スペクトルにおいて、エキシトンピークは、例えば、350nm〜650nmの範囲内で観察される。   The semiconductor nanoparticles of this embodiment also preferably have an absorption spectrum that exhibits an exciton peak. The exciton peak is a peak obtained by exciton generation, and the fact that it is expressed in the absorption spectrum means that the particle has a small particle size distribution and is suitable for band edge emission with few crystal defects. . As the exciton peak becomes steeper, it means that more particles with a uniform crystal size and fewer crystal defects are contained in the aggregate of semiconductor nanoparticles. Therefore, the half-value width of light emission becomes narrower, and the light emission efficiency is improved. is expected. In the absorption spectrum of the semiconductor nanoparticles of the present embodiment, the exciton peak is observed within a range of 350 nm to 650 nm, for example.

本実施形態の半導体ナノ粒子は、その表面が任意の化合物で修飾されていてよい。ナノ粒子の表面を修飾する化合物は表面修飾剤とも呼ばれる。表面修飾剤は、例えば、ナノ粒子を安定化させてナノ粒子の凝集または成長を防止するためのものであり、ならびに/あるいはナノ粒子の溶媒中での分散性を向上させるためのものである。   The surface of the semiconductor nanoparticles of this embodiment may be modified with an arbitrary compound. A compound that modifies the surface of the nanoparticle is also called a surface modifier. The surface modifier is, for example, for stabilizing the nanoparticles to prevent aggregation or growth of the nanoparticles and / or for improving the dispersibility of the nanoparticles in the solvent.

本実施形態において、表面修飾剤は、例えば、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含酸素化合物等であってよい。炭素数4〜20の炭化水素基としては、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基などの飽和脂肪族炭化水素基;オレイル基などの不飽和脂肪族炭化水素基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの脂環式炭化水素基;フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル基などの芳香族炭化水素基などが挙げられ、このうち飽和脂肪族炭化水素基や不飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。含窒素化合物としてはアミン類やアミド類が挙げられ、含硫黄化合物としてはチオール類が挙げられ、含酸素化合物としては脂肪酸類などが挙げられる。   In this embodiment, the surface modifier is, for example, a nitrogen-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, a sulfur-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, or a hydrocarbon having 4 to 20 carbon atoms. It may be an oxygen-containing compound having a group. Examples of the hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms include saturated aliphatic carbonization such as n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, hexadecyl group and octadecyl group. An unsaturated aliphatic hydrocarbon group such as an oleyl group; an alicyclic hydrocarbon group such as a cyclopentyl group or a cyclohexyl group; an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a benzyl group, a naphthyl group, or a naphthylmethyl group; Of these, saturated aliphatic hydrocarbon groups and unsaturated aliphatic hydrocarbon groups are preferred. Examples of nitrogen-containing compounds include amines and amides, examples of sulfur-containing compounds include thiols, and examples of oxygen-containing compounds include fatty acids.

表面修飾剤としては、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物が好ましい。そのような含窒素化合物は、例えばn−ブチルアミン、イソブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミンなどのアルキルアミン、オレイルアミンなどのアルケニルアミンである。   As the surface modifier, a nitrogen-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms is preferable. Such nitrogen-containing compounds include, for example, alkylamines such as n-butylamine, isobutylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, octadecylamine, and alkenylamines such as oleylamine. It is.

表面修飾剤としては、また、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物が好ましい。そのような含硫黄化合物は、例えば、n−ブタンチオール、イソブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等である。   As the surface modifier, a sulfur-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms is preferable. Such sulfur-containing compounds are, for example, n-butanethiol, isobutanethiol, n-pentanethiol, n-hexanethiol, octanethiol, decanethiol, dodecanethiol, hexadecanethiol, octadecanethiol, and the like.

表面修飾剤は、異なる二以上のものを組み合わせて用いてよい。例えば、上記において例示した含窒素化合物から選択される一つの化合物(例えば、オレイルアミン)と、上記において例示した含硫黄化合物から選択される一つの化合物(例えば、ドデカンチオール)とを組み合わせて用いてよい。   Two or more different surface modifiers may be used in combination. For example, one compound selected from the nitrogen-containing compounds exemplified above (for example, oleylamine) and one compound selected from the sulfur-containing compounds exemplified above (for example, dodecanethiol) may be used in combination. .

(第2の実施形態:半導体ナノ粒子の製造方法)
次に、第2の実施形態として、第1の実施形態の半導体ナノ粒子を製造する方法を説明する。本実施形態の製造方法は、Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物とを、有機溶媒中にて反応させることにより半導体ナノ粒子を製造する方法であって、
(a)Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物と、有機溶媒とを準備することと、
(b)AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.33以上0.42以下となるように、Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物とを、前記有機溶媒中に投入し、半導体ナノ粒子を生成すること、
を含む半導体ナノ粒子の製造方法である。この製造方法は、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/Ag+In)が0.33以上0.42以下となるように、Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物とを、有機溶媒中に投入することを特徴とする。Ag/Ag+Inが前記範囲内となるように、各元素の供給源を投入することによって、Ag/Ag+Inが第1の実施形態にて説明した範囲内にあるAg−In−S半導体ナノ粒子を得ることができる。すなわち、本実施形態の製造方法は、各元素の供給源の仕込み比を、化学量論組成比どおりではない特定の比として、半導体ナノ粒子を生成する点にその特徴がある。
(Second Embodiment: Method for Producing Semiconductor Nanoparticles)
Next, as a second embodiment, a method for manufacturing the semiconductor nanoparticles of the first embodiment will be described. The production method of the present embodiment is a method of producing semiconductor nanoparticles by reacting an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S in an organic solvent,
(A) preparing an Ag salt, an In salt, a compound serving as a source of S, and an organic solvent;
(B) an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S so that the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.33 or more and 0.42 or less; In the organic solvent to produce semiconductor nanoparticles,
The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle containing this. In this production method, the Ag salt, the In salt, and the S salt are adjusted so that the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms (Ag / Ag + In) is 0.33 or more and 0.42 or less. A compound serving as a supply source of is put in an organic solvent. By supplying the source of each element so that Ag / Ag + In falls within the above range, Ag—In—S semiconductor nanoparticles having Ag / Ag + In within the range described in the first embodiment are obtained. be able to. That is, the manufacturing method of the present embodiment is characterized in that semiconductor nanoparticles are generated by using a specific ratio that does not match the stoichiometric composition ratio of the supply source of each element.

<第1の半導体ナノ粒子の生成手法>
半導体ナノ粒子の生成は、例えば、Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物として、Sを配位元素として錯体を形成し得る化合物と、を混合することにより錯体とし、この錯体を熱処理することを含む方法で作製してよい。Agの塩およびInの塩はいずれも、その種類は特に限定されず、有機酸塩および無機酸塩のいずれであってもよい。具体的には、塩は、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩酸塩、およびスルホン酸塩のいずれであってよく、好ましくは酢酸塩等の有機酸塩である。有機酸塩は有機溶媒への溶解度が高く、反応をより均一に進行させやすいことによる。
<First Semiconductor Nanoparticle Generation Method>
The production of the semiconductor nanoparticles is, for example, a complex obtained by mixing a salt of Ag, a salt of In, a compound serving as a supply source of S, and a compound capable of forming a complex with S as a coordination element, The complex may be made by a method including heat treatment. As for the salt of Ag and the salt of In, the kind is not specifically limited, Any of organic acid salt and inorganic acid salt may be sufficient. Specifically, the salt may be any of nitrate, acetate, sulfate, hydrochloride, and sulfonate, and is preferably an organic acid salt such as acetate. This is because the organic acid salt has high solubility in an organic solvent and facilitates the reaction to proceed more uniformly.

この生成方法で用いられる、Sの供給源となる化合物として、例えば、2,4−ペンタンジチオンなどのβ−ジチオン類;1,2−ビス(トリフルオロメチル)エチレン−1,2−ジチオールなどのジチオール類;ジエチルジチオカルバミド酸塩;チオ尿素が挙げられる。   Examples of compounds used as a supply source of S used in this production method include β-dithiones such as 2,4-pentanedithione; 1,2-bis (trifluoromethyl) ethylene-1,2-dithiol, and the like. Dithiols; diethyldithiocarbamate; thiourea.

錯体は、Agの塩、Inの塩、およびSの供給源となる化合物とを混合することにより得られる。錯体の形成は、Agの塩、Inの塩およびSの供給源となる化合物を、水もしくは有機溶媒(特に、エタノール、メタノール、アセトン等の極性の高い有機溶媒)中に投入して混合する方法で実施してよい。   The complex is obtained by mixing a salt of Ag, a salt of In, and a compound that is a source of S. The complex is formed by mixing an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S into water or an organic solvent (particularly, an organic solvent having a high polarity such as ethanol, methanol, acetone). May be implemented.

有機溶媒は、表面修飾剤それ自体であってよく、または表面修飾剤を含むものであってよい。表面修飾剤は、第1の実施形態に関連して説明したとおりである。特に、炭素数4〜20の炭化水素基を有するチオールから選択される少なくとも一種の溶媒と、炭素数4〜20の炭化水素基を有するアミンから選択される少なくとも一種の溶媒が有機溶媒に含まれている、またはそれらの組み合わせから成る有機溶媒を用いることが好ましい。   The organic solvent can be the surface modifier itself or can include a surface modifier. The surface modifier is as described in relation to the first embodiment. In particular, the organic solvent includes at least one solvent selected from thiols having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms and at least one solvent selected from amines having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. It is preferable to use an organic solvent consisting of or a combination thereof.

錯体の形成を伴う生成手法においては、溶媒は、錯体が形成されるように選択される。例えば、水もしくは有機溶媒が、Agの塩、Inの塩、およびSの供給源となる化合物を溶解し得ない場合には、錯体が形成されない、または錯体が形成されにくくなる。尤も、有機溶媒がAgの塩、Inの塩、およびSの供給源となる化合物を溶解し得ない場合でも、各元素の供給源となる化合物の組み合わせによっては、下記「第2の半導体ナノ粒子の生成手法」で説明するように、Sの供給源となる化合物が配位子として機能することなく、半導体ナノ粒子が生成されることもある。   In production procedures involving complex formation, the solvent is selected such that the complex is formed. For example, when water or an organic solvent cannot dissolve the Ag salt, the In salt, and the compound serving as the source of S, the complex is not formed or the complex is hardly formed. However, even when the organic solvent cannot dissolve the Ag salt, the In salt, and the compound serving as the source of S, depending on the combination of the compounds serving as the source of each element, the following “second semiconductor nanoparticles” As will be described in the section “Generation Method”, semiconductor nanoparticles may be generated without the compound serving as the source of S functioning as a ligand.

ここで、Agの塩、Inの塩およびSの供給源となる化合物は、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/Ag+In)が0.33以上0.42以下となるような量で用いられる。また、Sの供給源となる化合物を、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比(S/Ag+In)が0.95以上1.20以下となるような量で用いることが好ましい。これらの条件を満たすように各元素の供給源となる化合物を用いることにより、バンド端発光を与えやすい、またはバンド端発光の強度が大きい半導体ナノ粒子を生成することができる。   Here, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms (Ag / Ag + In) is 0.33 or more and 0.42 or less in the Ag salt, the In salt, and the compound serving as the source of S. Is used in such an amount. Further, it is preferable to use the compound serving as the supply source of S in such an amount that the ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms (S / Ag + In) is 0.95 or more and 1.20 or less. . By using a compound serving as a supply source of each element so as to satisfy these conditions, it is possible to generate semiconductor nanoparticles that easily give band-edge light emission or have high intensity of band-edge light emission.

Ag/Ag+Inは、より好ましくは、0.38以上0.42以下であり、特に0.40である。また、S/Ag+Inは、より好ましくは、0.95以上1.10以下であり、特に1.00である。   Ag / Ag + In is more preferably 0.38 or more and 0.42 or less, and particularly 0.40. Further, S / Ag + In is more preferably 0.95 or more and 1.10 or less, and particularly 1.00.

次に、得られた錯体を熱処理して、半導体ナノ粒子を形成する。錯体の熱処理は、有機溶媒を表面修飾剤または表面修飾剤を含む溶媒として、塩およびSの供給源となる化合物を投入した後、加熱処理を実施することにより、錯体の形成、熱処理および表面修飾を連続的に又は同時に実施する方法で実施してよい。   Next, the obtained complex is heat-treated to form semiconductor nanoparticles. The heat treatment of the complex is carried out by using a surface modifier or a solvent containing a surface modifier and adding a salt and a compound serving as a source of S, followed by heat treatment to form a complex, heat treatment and surface modification. May be carried out in a manner that is carried out continuously or simultaneously.

上記加熱処理は、230℃以上260℃以下の温度にて、3分間以上実施することが好ましい。加熱時間は、より好ましくは5分間以上であり、さらにより好ましくは8分間以上であり、最も好ましくは10分間以上である。より好ましい加熱温度は、245℃以上255℃以下であり、特に250℃としてよい。加熱時間は、例えば、60分間以下であり、特に30分間以下である。加熱時間は、10分間であってよい。   The heat treatment is preferably performed at a temperature of 230 ° C. or higher and 260 ° C. or lower for 3 minutes or longer. The heating time is more preferably 5 minutes or more, even more preferably 8 minutes or more, and most preferably 10 minutes or more. A more preferable heating temperature is 245 ° C. or more and 255 ° C. or less, and may be particularly 250 ° C. The heating time is, for example, 60 minutes or less, particularly 30 minutes or less. The heating time may be 10 minutes.

あるいは、上記加熱処理は、30℃以上190℃以下の温度にて、1分間以上15分間以下加熱した後、230℃以上260℃以下の温度にて、3分間以上加熱する方法で実施してよい。加熱処理を2段階で実施する場合には、バンド端発光の強度がより強い半導体ナノ粒子が得られやすい。この場合、第1段階の加熱温度は、より好ましくは45℃〜155℃であり、さらにより好ましくは145℃〜155℃であり、特に150℃であってよい。第1段階の加熱時間は、より好ましくは8分間以上13分以下であり、さらにより好ましくは9分間以上11分間以下であり、特に10分間である。第2段階の加熱時間は、より好ましくは5分間以上であり、さらにより好ましくは8分間以上であり、最も好ましくは10分間以上である。第2段階の加熱温度は、より好ましくは、245℃以上255℃以下であり、特に250℃としてよい。第2段階の加熱時間は、例えば、60分間以下であり、特に30分間以下である。加熱時間は、10分間であってよい。
加熱処理を2段階で実施することにより、良好な再現性で、バンド端発光の強度が比較的高い半導体ナノ粒子を製造することができる。
Alternatively, the heat treatment may be performed by heating at a temperature of 30 ° C. or higher and 190 ° C. or lower for 1 minute or longer and 15 minutes or lower and then heating at a temperature of 230 ° C. or higher and 260 ° C. or lower for 3 minutes or longer. . In the case where the heat treatment is performed in two stages, it is easy to obtain semiconductor nanoparticles having higher band edge emission intensity. In this case, the heating temperature in the first stage is more preferably 45 ° C. to 155 ° C., even more preferably 145 ° C. to 155 ° C., and particularly 150 ° C. The heating time of the first stage is more preferably 8 minutes or more and 13 minutes or less, still more preferably 9 minutes or more and 11 minutes or less, and particularly 10 minutes. The heating time of the second stage is more preferably 5 minutes or more, even more preferably 8 minutes or more, and most preferably 10 minutes or more. The heating temperature in the second stage is more preferably 245 ° C. or more and 255 ° C. or less, and particularly 250 ° C. The heating time of the second stage is, for example, 60 minutes or less, particularly 30 minutes or less. The heating time may be 10 minutes.
By carrying out the heat treatment in two stages, semiconductor nanoparticles having a relatively high band edge emission intensity can be produced with good reproducibility.

<第2の半導体ナノ粒子の生成手法>
半導体ナノ粒子は、Agの塩、Inの塩、およびSの供給源となる化合物を一度に有機溶媒に投入し、その後、有機溶媒を加熱する方法で生成してよい。この方法によれば、簡便な操作によりワンポッドで再現性よくナノ粒子を合成できる。
あるいはまた、有機溶媒とAgの塩とを反応させて錯体を形成し、次に、有機溶媒とInの塩とを反応させて錯体を形成するとともに、これらの錯体とSの供給源となる化合物とを反応させ、得られた反応物を結晶成長させる方法で製造してよい。この場合、加熱は、Sの供給源となる化合物と反応させる段階にて実施する。
Agの塩、およびInの塩については、上記錯体の形成を含む生成方法(第1の半導体ナノ粒子の生成手法)に関連して説明したとおりである。
<Method for generating second semiconductor nanoparticles>
The semiconductor nanoparticles may be produced by a method in which an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S are added to an organic solvent at a time, and then the organic solvent is heated. According to this method, it is possible to synthesize nanoparticles with a single pod with high reproducibility by a simple operation.
Alternatively, the organic solvent is reacted with an Ag salt to form a complex, and then the organic solvent is reacted with an In salt to form a complex. And the resulting reaction product may be produced by crystal growth. In this case, the heating is carried out at the stage of reacting with the compound serving as the supply source of S.
The salt of Ag and the salt of In are as described in relation to the production method (formation method of the first semiconductor nanoparticles) including the formation of the complex.

有機溶媒は、例えば、炭素数4〜20の炭化水素基を有するアミン、特に、炭素数4〜20のアルキルアミンもしくはアルケニルアミン、炭素数4〜20の炭化水素基を有するチオール、特に炭素数4〜20のアルキルチオールもしくはアルケニルチオール、炭素数4〜20の炭化水素基を有するホスフィン、特に炭素数4〜20のアルキルホスフィンもしくはアルケニルホスフィンである。これらの有機溶媒は、最終的には、得られる半導体ナノ粒子を表面修飾するものとなる。これらの有機溶媒は2以上組み合わせて使用してよく、特に、炭素数4〜20の炭化水素基を有するチオールから選択される少なくとも一種の溶媒と、炭素数4〜20の炭化水素基を有するアミンから選択される少なくとも一種の溶媒とを組み合わせた混合溶媒を使用してよい。これらの有機溶媒はまた、他の有機溶媒と混合して用いてよい。   The organic solvent is, for example, an amine having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, particularly an alkylamine or alkenylamine having 4 to 20 carbon atoms, a thiol having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, particularly 4 carbon atoms. Alkyl thiol or alkenyl thiol having -20, phosphine having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, particularly alkyl phosphine or alkenyl phosphine having 4 to 20 carbon atoms. These organic solvents ultimately modify the surface of the resulting semiconductor nanoparticles. These organic solvents may be used in combination of two or more, and in particular, at least one solvent selected from thiols having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms and amines having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. A mixed solvent in combination with at least one solvent selected from may be used. These organic solvents may also be used as a mixture with other organic solvents.

第2の生成手法において、Sの供給源となる化合物は、例えば、硫黄、チオ尿素、チオアセトアミド、アルキルチオールである。   In the second generation method, the compound serving as the supply source of S is, for example, sulfur, thiourea, thioacetamide, or alkylthiol.

この生成手法を採用する場合も、Agの塩、Inの塩およびSの供給源となる化合物は、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/Ag+In)が0.33以上0.42以下となるような量で用いられる。また、Sの供給源となる化合物を、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比(S/Ag+In)が0.95以上1.20以下となるような量で用いることが好ましい。これらの条件を満たすように各元素の供給源となる化合物を用いることにより、バンド端発光を与えやすい半導体ナノ粒子を生成することができる。   Even when this generation method is adopted, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms (Ag / Ag + In) is 0.33 in the Ag salt, In salt, and S source compound. The amount used is 0.42 or less. Further, it is preferable to use the compound serving as the supply source of S in such an amount that the ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms (S / Ag + In) is 0.95 or more and 1.20 or less. . By using a compound serving as a supply source of each element so as to satisfy these conditions, semiconductor nanoparticles that easily give band-end emission can be generated.

Ag/Ag+Inは、より好ましくは、0.38以上0.42以下であり、特に0.40である。また、S/Ag+Inは、より好ましくは、0.95以上1.10以下であり、特に1.00である。   Ag / Ag + In is more preferably 0.38 or more and 0.42 or less, and particularly 0.40. Further, S / Ag + In is more preferably 0.95 or more and 1.10 or less, and particularly 1.00.

また、加熱処理は、230℃以上260℃以下の温度にて、3分間以上実施することが好ましい。加熱時間は、より好ましくは5分間以上であり、さらにより好ましくは8分間以上であり、最も好ましくは10分間以上である。より好ましい加熱温度は、245℃以上255℃以下であり、特に250℃としてよい。加熱時間は、例えば、60分間以下であり、特に30分間以下である。加熱時間は、10分間であってよい。   Moreover, it is preferable to implement heat processing for 3 minutes or more at the temperature of 230 degreeC or more and 260 degrees C or less. The heating time is more preferably 5 minutes or more, even more preferably 8 minutes or more, and most preferably 10 minutes or more. A more preferable heating temperature is 245 ° C. or more and 255 ° C. or less, and may be 250 ° C. in particular. The heating time is, for example, 60 minutes or less, particularly 30 minutes or less. The heating time may be 10 minutes.

あるいは、加熱処理は、30℃以上190℃以下の温度にて、1分間以上15分間以下加熱した後、230℃以上260℃以下の温度にて、3分間以上加熱する方法で実施してよい。加熱処理を2段階で実施する場合には、バンド端発光の強度がより強い半導体ナノ粒子が得られやすい。この場合、第1段階の加熱温度は、より好ましくは45℃〜155℃であり、さらにより好ましくは145℃〜155℃であり、特に150℃であってよい。第1段階の加熱時間は、より好ましくは8分間以上13分以下であり、さらにより好ましくは9分間以上11分間以下であり、特に10分間である。第2段階の加熱時間は、より好ましくは5分間以上であり、さらにより好ましくは8分間以上であり、最も好ましくは10分間以上である。第2段階の加熱温度は、より好ましくは、245℃以上255℃以下であり、特に250℃としてよい。第2段階の加熱時間は、例えば、60分間以下であり、特に30分間以下である。加熱時間は、10分間であってよい。
加熱処理を2段階で実施することにより、良好な再現性で、バンド端発光の強度が比較的高い半導体ナノ粒子を製造することができる。
Alternatively, the heat treatment may be performed by heating at a temperature of 30 ° C. to 190 ° C. for 1 minute to 15 minutes and then heating at a temperature of 230 ° C. to 260 ° C. for 3 minutes or more. In the case where the heat treatment is performed in two stages, it is easy to obtain semiconductor nanoparticles having higher band edge emission intensity. In this case, the heating temperature in the first stage is more preferably 45 ° C. to 155 ° C., even more preferably 145 ° C. to 155 ° C., and particularly 150 ° C. The heating time of the first stage is more preferably 8 minutes or more and 13 minutes or less, still more preferably 9 minutes or more and 11 minutes or less, and particularly 10 minutes. The heating time of the second stage is more preferably 5 minutes or more, even more preferably 8 minutes or more, and most preferably 10 minutes or more. The heating temperature in the second stage is more preferably 245 ° C. or more and 255 ° C. or less, and particularly 250 ° C. The heating time of the second stage is, for example, 60 minutes or less, particularly 30 minutes or less. The heating time may be 10 minutes.
By carrying out the heat treatment in two stages, semiconductor nanoparticles having a relatively high band edge emission intensity can be produced with good reproducibility.

<第3の半導体ナノ粒子の生成手法>
半導体ナノ粒子は、いわゆるホットインジェクション法で生成してよい。ホットインジェクション法は、100℃〜300℃の範囲内にある温度に加熱した溶媒に、各元素の供給源となる化合物(例えば、Agの塩、Inの塩、およびSの供給源となる化合物)を溶解または分散させた液体(前駆体溶液とも呼ぶ)を比較的短い時間(例えばミリ秒オーダー)で投入して、反応初期に多くの結晶核を生成させる半導体ナノ粒子の製造方法である。
<Method for producing third semiconductor nanoparticles>
The semiconductor nanoparticles may be generated by a so-called hot injection method. In the hot injection method, a compound that is a source of each element (for example, a salt of Ag, a salt of In, and a compound that is a source of S) is supplied to a solvent heated to a temperature in the range of 100 ° C. to 300 ° C. This is a method for producing semiconductor nanoparticles in which a liquid (also referred to as a precursor solution) in which is dissolved or dispersed is introduced in a relatively short time (for example, on the order of milliseconds) to generate many crystal nuclei at the beginning of the reaction.

あるいは、ホットインジェクション法においては、一部の元素の供給源となる化合物を有機溶媒中に予め溶解または分散させておき、これを加熱してから、その他の元素の前駆体溶液を投入してよい。溶媒を表面修飾剤、または表面修飾剤を含む溶媒とすれば、表面修飾も同時に実施できる。表面修飾剤は、第1の実施形態に関連して説明したとおりである。   Alternatively, in the hot injection method, a compound serving as a supply source of some elements may be dissolved or dispersed in an organic solvent in advance, and after heating this, a precursor solution of other elements may be added. . If the solvent is a surface modifier or a solvent containing a surface modifier, the surface modification can be performed simultaneously. The surface modifier is as described in relation to the first embodiment.

ホットインジェクション法においても、最終的に溶媒に投入される各元素の供給源となる化合物は、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/Ag+In)が0.33以上0.42以下となるような量で用いられる。また、Sの供給源となる化合物を、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比(S/Ag+In)が0.95以上1.20以下となるような量で用いることが好ましい。これらの条件を満たすように各元素の供給源となる化合物を用いることにより、バンド端発光を与えやすい、又はバンド端発光の強度が大きい半導体ナノ粒子を生成することができる。   Also in the hot injection method, the compound that is the source of each element that is finally added to the solvent has a ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms (Ag / Ag + In) of 0.33 or more and 0 .42 or less is used. Further, it is preferable to use the compound serving as the supply source of S in such an amount that the ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms (S / Ag + In) is 0.95 or more and 1.20 or less. . By using a compound serving as a supply source of each element so as to satisfy these conditions, it is possible to generate semiconductor nanoparticles that easily give band-end emission or have high intensity of band-end emission.

Ag/Ag+Inは、より好ましくは、0.38以上0.42以下であり、特に0.40である。また、S/Ag+Inは、より好ましくは、0.95以上1.10以下であり、特に1.00である。   Ag / Ag + In is more preferably 0.38 or more and 0.42 or less, and particularly 0.40. Further, S / Ag + In is more preferably 0.95 or more and 1.10 or less, and particularly 1.00.

半導体ナノ粒子の生成方法は上記のものに限定されない。各元素の供給源となる化合物の使用量を、Ag/Ag+Inが0.33以上0.42以下となるように選択する限りにおいて、任意の方法を用いてよい。   The method for producing semiconductor nanoparticles is not limited to the above. Any method may be used as long as the amount of the compound used as the supply source of each element is selected so that Ag / Ag + In is 0.33 or more and 0.42 or less.

なお、いずれの生成方法を採用する場合でも、半導体ナノ粒子の製造は不活性雰囲気下、特にアルゴン雰囲気下または窒素雰囲気下で実施される。これは、酸化物の副生および半導体ナノ粒子表面の酸化を、低減ないしは防止するためである。   Regardless of which production method is employed, the semiconductor nanoparticles are produced in an inert atmosphere, particularly in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere. This is to reduce or prevent oxide by-product and semiconductor nanoparticle surface oxidation.

いずれの生成方法においても、加熱処理を実施する場合には、所定の加熱温度(例えば、一定時間保持する温度)に達するまでの昇温速度は例えば1℃/分〜50℃/分としてよい。また、加熱処理後は、例えば、1℃/分〜100℃/分の降温速度にて、所定の温度となるように冷却してよい。あるいは、加熱処理後の冷却は、加熱源をoffとして放冷することにより実施してよい。   In any production method, when the heat treatment is performed, the rate of temperature rise until reaching a predetermined heating temperature (for example, a temperature maintained for a certain period of time) may be, for example, 1 ° C./min to 50 ° C./min. Moreover, after heat processing, you may cool so that it may become predetermined | prescribed temperature, for example with the temperature-fall rate of 1 to 100 degree-C / min. Or you may implement the cooling after heat processing by leaving a heat source as off and cooling.

いずれの生成方法においても、半導体ナノ粒子の生成が終了した後、得られた半導体ナノ粒子を処理後の有機溶媒から分離してよく、必要に応じて、さらに精製してよい。分離は、例えば、生成終了後、ナノ粒子を含む有機溶媒を遠心分離に付して、ナノ粒子を含む上澄み液を取り出すことにより行う。精製は、例えば、上澄み液に有機溶媒を添加して遠心分離に付し、半導体ナノ粒子を沈殿として取り出すことを含む。沈殿は、それ自体を取り出してよく、または上澄み液を除去することにより取り出してよい。取り出した沈殿は、例えば、真空脱気、もしくは自然乾燥、または真空脱気と自然乾燥との組み合わせにより、乾燥させてよい。自然乾燥は、例えば、大気中に常温常圧にて放置することにより実施してよく、その場合、20時間以上、例えば、30時間程度放置してよい。   In any production method, after the production of the semiconductor nanoparticles is completed, the obtained semiconductor nanoparticles may be separated from the organic solvent after the treatment, and further purified as necessary. Separation is performed, for example, by centrifuging an organic solvent containing nanoparticles after completion of production and taking out a supernatant liquid containing nanoparticles. Purification includes, for example, adding an organic solvent to the supernatant and centrifuging to remove the semiconductor nanoparticles as a precipitate. The precipitate may be removed itself or may be removed by removing the supernatant. The removed precipitate may be dried by, for example, vacuum degassing or natural drying, or a combination of vacuum degassing and natural drying. Natural drying may be carried out, for example, by leaving it in the atmosphere at room temperature and normal pressure. In that case, it may be left for 20 hours or longer, for example, about 30 hours.

あるいは、取り出した沈殿は、有機溶媒に溶解させてもよい。精製(アルコールの添加と遠心分離)は必要に応じて複数回実施してよい。精製に用いるアルコールとして、メタノール、エタノール、n−プロパノール等の低級アルコールを用いてよい。沈殿を有機溶媒に溶解させる場合、有機溶媒として、クロロホルム、トルエン、シクロヘキサン、ヘキサン、ペンタン、オクタン等を用いてよい。   Alternatively, the removed precipitate may be dissolved in an organic solvent. Purification (addition of alcohol and centrifugation) may be performed multiple times as necessary. As alcohol used for purification, lower alcohols such as methanol, ethanol and n-propanol may be used. When the precipitate is dissolved in an organic solvent, chloroform, toluene, cyclohexane, hexane, pentane, octane, or the like may be used as the organic solvent.

このようにして得られる半導体ナノ粒子は、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が、有機溶媒中に投入されるAgの塩およびInの塩についての、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比よりも小さいものとして得られる傾向にある。したがって、本実施形態の製造方法によれば、Ag、In、およびSを含む、半導体ナノ粒子であって、例えば、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.320以上0.385以下であり、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比が1.20以上1.45以下である半導体ナノ粒子を製造することができる。この半導体ナノ粒子は、350〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されると、発光寿命が200ns以下の光を発し得るものである。
また、有機溶媒を、表面修飾剤それ自体、または表面修飾剤を含むものとすれば、表面が修飾された半導体ナノ粒子を得ることができる。
In the semiconductor nanoparticles thus obtained, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is such that the Ag and In atoms in the salt of Ag and the salt of In introduced into the organic solvent. It tends to be obtained as smaller than the ratio of the number of Ag atoms to the total number. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, semiconductor nanoparticles containing Ag, In, and S, for example, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.320 or more. Semiconductor nanoparticles having a ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms of 1.20 or more and 1.45 or less can be produced. The semiconductor nanoparticles can emit light having a light emission lifetime of 200 ns or less when irradiated with light having a wavelength in the range of 350 to 500 nm.
Further, when the organic solvent contains the surface modifier itself or the surface modifier, semiconductor nanoparticles with a modified surface can be obtained.

(第3の実施形態:コアシェル型半導体ナノ粒子)
第3の実施形態として、コアと、コアの表面を覆いコアとヘテロ接合するシェルとを備えるコアシェル型半導体ナノ粒子を説明する。
本実施形態において、コアは、第1の実施形態として説明した半導体ナノ粒子である。したがって、その詳細な説明は省略する。
(Third embodiment: core-shell type semiconductor nanoparticles)
As a third embodiment, a core-shell type semiconductor nanoparticle including a core and a shell that covers the surface of the core and heterojunction with the core will be described.
In the present embodiment, the core is the semiconductor nanoparticle described as the first embodiment. Therefore, detailed description thereof is omitted.

シェルは、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体である。シェルを構成する半導体は、コアを構成する半導体よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体であってよい。第13族元素としては、B、Al、Ga、In、およびTlが挙げられ、第16族元素としては、O、S、Se、TeおよびPoが挙げられる。   The shell is a semiconductor substantially composed of a Group 13 element and a Group 16 element. The semiconductor constituting the shell may be a semiconductor having a larger band gap energy than the semiconductor constituting the core. Group 13 elements include B, Al, Ga, In, and Tl, and Group 16 elements include O, S, Se, Te, and Po.

実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体(シェル)で、第1の実施形態の半導体ナノ粒子(コア)を被覆すると、シェルがない場合と比較して、バンド端発光の割合をより大きくすることができ、バンド端発光以外の発光(特に欠陥発光)の割合をより小さくすることができる。これは、コアがシェルで被覆されることにより、コアの表面欠陥サイトが無くなるためであると推察される。また、本実施形態において、シェルがコアよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する場合には、エネルギー的な障壁が形成されることによって、バンド端発光の割合が高くなるものと推察される。   When the semiconductor nanoparticle (core) of the first embodiment is covered with a semiconductor (shell) substantially consisting of a group 13 element and a group 16 element, the ratio of band edge emission as compared to the case without the shell Can be further increased, and the ratio of light emission other than band edge light emission (particularly, defect light emission) can be further reduced. This is presumed to be because the surface defect site of the core disappears when the core is covered with the shell. In the present embodiment, when the shell has a larger band gap energy than the core, it is presumed that the band edge emission ratio is increased by forming an energy barrier.

シェルは、第13族元素および第16族元素の組み合わせとして、GaとSとの組み合わせを含んでよい。GaとSの組み合わせは、バンドギャップエネルギーがより大きいことから好ましく用いられる。GaとSとの組み合わせは、硫化ガリウムの形態であってよい。本実施形態においてシェルを構成する硫化ガリウムは化学量論組成のもの(Ga)でなくてよく、その意味で、本明細書では硫化ガリウムを式GaS(xは整数に限られない任意の数字、例えば0.8〜1.5)で表すことがある。 The shell may include a combination of Ga and S as a combination of a Group 13 element and a Group 16 element. The combination of Ga and S is preferably used because the band gap energy is larger. The combination of Ga and S may be in the form of gallium sulfide. In this embodiment, the gallium sulfide constituting the shell does not have to be of stoichiometric composition (Ga 2 S 3 ). In this sense, gallium sulfide is expressed by the formula GaS x (x is not limited to an integer) in this specification. It may be expressed by an arbitrary number, for example, 0.8 to 1.5).

シェルはアモルファス(非晶質)であってもよい。アモルファス(非晶質)のシェルが形成されているか否かは、本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子を、HAADF−STEMで観察することにより確認できる。具体的には、規則的な模様(例えば、縞模様ないしはドット模様等)を有する部分が中心部に観察され、その周囲に規則的な模様を有するものとしては観察されない部分がHAADF−STEMにおいて観察される。HAADF−STEMによれば、結晶性物質のように規則的な構造を有するものは、規則的な模様を有する像として観察され、非晶性物質のように規則的な構造を有しないものは、規則的な模様を有する像としては観察されない。そのため、シェルがアモルファスである場合には、規則的な模様を有する像として観察されるコア(前記のとおり、正方晶系等の結晶構造を有する)とは明確に異なる部分として、シェルを観察することができる。   The shell may be amorphous. Whether or not an amorphous (amorphous) shell is formed can be confirmed by observing the core-shell type semiconductor nanoparticles of the present embodiment with HAADF-STEM. Specifically, a portion having a regular pattern (for example, a striped pattern or a dot pattern) is observed in the center, and a portion not observed as having a regular pattern around it is observed in the HAADF-STEM. Is done. According to HAADF-STEM, those having a regular structure such as a crystalline substance are observed as an image having a regular pattern, and those having no regular structure such as an amorphous substance are: It is not observed as an image having a regular pattern. Therefore, when the shell is amorphous, the shell is observed as a portion that is clearly different from the core (having a crystal structure such as tetragonal system as described above) that is observed as an image having a regular pattern. be able to.

また、コアがAgとInとSとからなり、シェルがGaSからなる場合、GaがAgおよびInよりも軽い元素であるために、HAADF−STEMで得られる像において、シェルはコアよりも暗い像として観察される傾向にある。   Further, when the core is made of Ag, In, and S and the shell is made of GaS, Ga is an element lighter than Ag and In. Therefore, in the image obtained by HAADF-STEM, the shell is darker than the core. Tend to be observed.

シェルは、その表面が任意の化合物で修飾されていてよい。シェルの表面がコアシェル型半導体ナノ粒子の露出表面である場合には、当該表面を修飾することによって、ナノ粒子を安定化させて半導体ナノ粒子の凝集または成長を防止することができ、ならびに/あるいは半導体ナノ粒子の溶媒中での分散性を向上させることができる。表面修飾剤として適用可能な化合物は先に第1の実施形態において説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。   The surface of the shell may be modified with any compound. If the surface of the shell is the exposed surface of the core-shell type semiconductor nanoparticles, the surface can be modified to stabilize the nanoparticles and prevent aggregation or growth of the semiconductor nanoparticles, and / or Dispersibility of the semiconductor nanoparticles in the solvent can be improved. Since the compounds applicable as the surface modifier are as described in the first embodiment, the description thereof is omitted here.

コアシェル型半導体ナノ粒子は、例えば、50nm以下の平均粒径を有してよい。平均粒径は、例えば、1nm〜20nmの範囲内、特に1nm〜10nmの範囲内にあってよい。粒径および平均粒径の求め方は第1の実施形態で説明したとおりである。   The core-shell type semiconductor nanoparticles may have an average particle size of 50 nm or less, for example. The average particle diameter may be, for example, in the range of 1 nm to 20 nm, in particular in the range of 1 nm to 10 nm. The method for obtaining the particle diameter and the average particle diameter is as described in the first embodiment.

コアシェル型の半導体ナノ粒子において、コアは、例えば、10nm以下、特に、8nm以下の平均粒径を有してよい。コアの平均粒径は、2nm〜10nmの範囲内、特に2nm〜8nm、より特に2nm〜6nmの範囲内にあってよく、あるいは4nm〜10nm、5nm〜8nmの範囲内にあってよい。コアの平均粒径が大きすぎると、量子サイズ効果が得られにくくなり、バンド端発光が得られにくくなる。   In the core-shell type semiconductor nanoparticles, the core may have an average particle diameter of, for example, 10 nm or less, particularly 8 nm or less. The average particle size of the core may be in the range of 2 nm to 10 nm, in particular in the range of 2 nm to 8 nm, more particularly in the range of 2 nm to 6 nm, or in the range of 4 nm to 10 nm, 5 nm to 8 nm. When the average particle size of the core is too large, it is difficult to obtain the quantum size effect, and it becomes difficult to obtain band edge emission.

シェルは、0.1nm以上の厚さを有してよい。シェルの厚さは0.1nm〜50nmの範囲内、特に0.1nm〜20nmの範囲内、より特には0.2nm〜10nmの範囲内にあってよい。あるいは、シェルの厚さは、0.1nm〜3nmの範囲内にあってよく、特に0.3nm〜3nmの範囲内にあってよい。シェルの厚さが小さすぎる場合には、シェルがコアを被覆することによる効果が十分に得られず、バンド端発光が得られにくくなる。   The shell may have a thickness of 0.1 nm or more. The thickness of the shell may be in the range of 0.1 nm to 50 nm, in particular in the range of 0.1 nm to 20 nm, more particularly in the range of 0.2 nm to 10 nm. Alternatively, the thickness of the shell may be in the range of 0.1 nm to 3 nm, in particular in the range of 0.3 nm to 3 nm. When the thickness of the shell is too small, the effect of the shell covering the core is not sufficiently obtained, and it becomes difficult to obtain band edge light emission.

コアの平均粒径およびシェルの厚さは、コアシェル型半導体ナノ粒子を、例えば、HAADF−STEMで観察することにより求めてよい。特に、シェルがアモルファスである場合には、HAADF−STEMによって、コアとは異なる部分として観察されやすいシェルの厚さを容易に求めることができる。その場合、コアの粒径は半導体ナノ粒子について上記で説明した方法に従って求めることができる。シェルの厚さが一定でない場合には、最も小さい厚さを、当該粒子におけるシェルの厚さとする。   The average particle diameter of the core and the thickness of the shell may be obtained by observing the core-shell type semiconductor nanoparticles with, for example, HAADF-STEM. In particular, when the shell is amorphous, the thickness of the shell that can be easily observed as a portion different from the core can be easily determined by HAADF-STEM. In that case, the particle size of the core can be determined according to the method described above for the semiconductor nanoparticles. If the shell thickness is not constant, the smallest thickness is taken as the shell thickness of the particle.

あるいは、コアの平均粒径は、シェルによる被覆の前に予め測定しておいてよい。それから、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の平均粒径を測定し、当該平均粒径と予め測定したコアの平均粒径との差を求めることにより、シェルの厚さを求めてよい。   Alternatively, the average particle diameter of the core may be measured in advance before coating with the shell. Then, the thickness of the shell may be determined by measuring the average particle size of the core-shell structured semiconductor nanoparticles and determining the difference between the average particle size and the previously measured average particle size of the core.

本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、コアが第1の実施形態で説明した半導体ナノ粒子であり、コアにおいてAg/Ag+InおよびS/Ag+Inが特定の範囲内にあることに起因して、バンド端発光を発することができる。具体的には、350〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されたときに得られる発光スペクトルにおいて、ピーク波長が550nm〜650nmの範囲内にあり、半値幅が80nm以下、特に50nm以下である発光ピークが25℃にて観察される。半値幅の下限は、例えば20nmであってよく、特に10nmであってよい。   The core-shell type semiconductor nanoparticles of the present embodiment are the semiconductor nanoparticles described in the first embodiment, and Ag / Ag + In and S / Ag + In are in a specific range in the core. Edge light emission can be emitted. Specifically, in an emission spectrum obtained when light having a wavelength in the range of 350 to 500 nm is irradiated, the peak wavelength is in the range of 550 nm to 650 nm, and the half width is 80 nm or less, particularly 50 nm or less. A certain emission peak is observed at 25 ° C. The lower limit of the full width at half maximum may be, for example, 20 nm, and particularly 10 nm.

また、本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、上記特定のコアが、上記特定のシェルで被覆されていることによって、当該バンド発光を大きな割合で発することができる。具体的には、本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、欠陥発光の強度で規格化したバンド端発光の強度が例えば5〜300、特に20〜150となるような、発光スペクトルを与えることができる。本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、好ましくは欠陥発光に由来する光を発しない。   Moreover, the core-shell type semiconductor nanoparticle of this embodiment can emit the said band light emission in a big ratio because the said specific core is coat | covered with the said specific shell. Specifically, the core-shell type semiconductor nanoparticles of the present embodiment can give an emission spectrum such that the intensity of band edge emission normalized by the intensity of defect emission is, for example, 5 to 300, particularly 20 to 150. it can. The core-shell type semiconductor nanoparticles of this embodiment preferably do not emit light derived from defect emission.

本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子が発するバンド端発光の発光寿命は、シェルで被覆されていない半導体ナノ粒子(すなわち、第1の実施形態の半導体ナノ粒子)のそれよりも長くなる傾向にあり、場合によっては200nsを超えることがある。これはシェルによる被覆に起因して、励起電子の無輻射失活する緩和過程が減少し、バンド端準位での励起電子の寿命が増加するためと考えられる。本実施形態のコアシェル型ナノ粒子は、発光寿命が200nsを超える発光であっても、その半値幅が80nm以下である限りにおいては、バンド端発光を与えるものとみなされる。   The emission lifetime of the band edge emission emitted by the core-shell type semiconductor nanoparticles of the present embodiment tends to be longer than that of the semiconductor nanoparticles not coated with the shell (that is, the semiconductor nanoparticles of the first embodiment). In some cases, it may exceed 200 ns. This is presumably because the relaxation process of non-radiative deactivation of the excited electrons is reduced due to the coating with the shell, and the lifetime of the excited electrons at the band edge level is increased. The core-shell nanoparticle of the present embodiment is considered to give band edge emission as long as the half-value width is 80 nm or less even if the emission lifetime exceeds 200 ns.

(第4の実施形態:コアシェル型半導体ナノ粒子の製造方法)
次に、第4の実施形態として、第3の実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子を製造する方法を説明する。コアとなる半導体ナノ粒子の製造方法は、第2の実施形態として説明したとおりである。
(Fourth embodiment: manufacturing method of core-shell type semiconductor nanoparticles)
Next, as a fourth embodiment, a method for producing the core-shell type semiconductor nanoparticles of the third embodiment will be described. The manufacturing method of the semiconductor nanoparticles as the core is as described in the second embodiment.

コアとなる半導体ナノ粒子(以下、シェルで被覆する前のコアを便宜的に「一次半導体ナノ粒子」と呼ぶ)をシェルで被覆するに際しては、これを適切な溶媒に分散させた分散液を調整し、当該分散液中でシェルとなる半導体層を形成する。一次半導体ナノ粒子が分散した液体においては、散乱光が生じないため、分散液は一般に透明(有色または無色)のものとして得られる。一次半導体ナノ粒子を分散させる溶媒は特に限定されず、一次半導体ナノ粒子を作製するときと同様、任意の有機溶媒(特に、エタノール等の極性の高い有機溶媒)であってよい。有機溶媒は、表面修飾剤、または表面修飾剤を含む溶液であってよい。例えば、有機溶媒は、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物から選ばれる少なくとも1つであってよく、あるいは、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物から選ばれる少なくとも1つであってよく、あるいは炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物から選ばれる少なくとも1つと炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物から選ばれる少なくとも1つとの組み合わせであってよい。具体的な有機溶媒としては、オレイルアミン、n‐テトラデシルアミン、ドデカンチオール、またはその組み合わせがある。   When coating the core semiconductor nanoparticles (hereinafter referred to as “primary semiconductor nanoparticles” for the sake of convenience, the core before coating with the shell) with the shell, the dispersion is prepared by dispersing this in an appropriate solvent. Then, a semiconductor layer serving as a shell is formed in the dispersion. In the liquid in which the primary semiconductor nanoparticles are dispersed, since no scattered light is generated, the dispersion liquid is generally obtained as transparent (colored or colorless). The solvent in which the primary semiconductor nanoparticles are dispersed is not particularly limited, and may be any organic solvent (particularly a highly polar organic solvent such as ethanol) as in the case of producing the primary semiconductor nanoparticles. The organic solvent may be a surface modifier or a solution containing the surface modifier. For example, the organic solvent may be at least one selected from nitrogen-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, or selected from sulfur-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. At least one, or at least one selected from nitrogen-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms and at least one selected from sulfur-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms It may be a combination. Specific organic solvents include oleylamine, n-tetradecylamine, dodecanethiol, or combinations thereof.

一次半導体ナノ粒子の分散液は、分散液に占める粒子の割合が、例えば、0.02質量%〜1質量%、特に0.1質量%〜0.6質量%となるように調製してよい。分散液に占める粒子の割合が小さすぎると貧溶媒による凝集・沈澱プロセスによる生成物の回収が困難になり、大きすぎるとコアを構成する材料のオストワルド熟成、衝突による融合の割合が増加し、粒径分布が広くなる傾向にある。   The dispersion of primary semiconductor nanoparticles may be prepared such that the ratio of the particles in the dispersion is, for example, 0.02% by mass to 1% by mass, particularly 0.1% by mass to 0.6% by mass. . If the proportion of particles in the dispersion is too small, it becomes difficult to recover the product by the coagulation / precipitation process with a poor solvent. If the proportion is too large, the Ostwald ripening of the material constituting the core, the proportion of fusion due to collision increases, The diameter distribution tends to be wide.

シェルとなる半導体の層の形成は、第13族元素を含む化合物と、第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物とを、上記分散液に加えて実施する。
第13族元素を含む化合物は、第13族元素源となるものであり、例えば、第13族元素の有機塩、無機塩、および有機金属化合物等である。具体的には、第13族元素を含む化合物としては、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩酸塩、スルホン酸塩、アセチルアセトナト錯体が挙げられ、好ましくは酢酸塩等の有機塩、または有機金属化合物である。有機塩および有機金属化合物は有機溶媒への溶解度が高く、反応をより均一に進行させやすいことによる。
The semiconductor layer to be the shell is formed by adding a compound containing a Group 13 element and a group 16 element alone or a compound containing a Group 16 element to the dispersion.
A compound containing a Group 13 element serves as a Group 13 element source, and examples thereof include organic salts, inorganic salts, and organometallic compounds of Group 13 elements. Specifically, examples of the compound containing a Group 13 element include nitrates, acetates, sulfates, hydrochlorides, sulfonates, and acetylacetonato complexes, preferably organic salts such as acetates, or organic metals. A compound. This is because organic salts and organometallic compounds have high solubility in organic solvents, and the reaction is more likely to proceed more uniformly.

第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物は、第16族元素源となるものである。例えば、第16族元素として硫黄(S)をシェルの構成元素とする場合には、高純度硫黄のような硫黄単体を用いることができ、あるいは、n−ブタンチオール、イソブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等のチオール、ジベンジルスルフィドのようなジスルフィド、チオ尿素、チオカルボニル化合物等の硫黄含有化合物を用いることができる。   A single group 16 element or a compound containing a group 16 element is a group 16 element source. For example, when sulfur (S) is used as a constituent element of the shell as a group 16 element, a simple sulfur such as high-purity sulfur can be used, or n-butanethiol, isobutanethiol, n-pentanethiol , N-hexanethiol, octanethiol, decanethiol, dodecanethiol, hexadecanethiol, octadecanethiol and other thiols, disulfide such as dibenzylsulfide, sulfur-containing compounds such as thiourea and thiocarbonyl compounds can be used.

第16族元素として、酸素(O)をシェルの構成元素とする場合には、アルコール、エーテル、カルボン酸、ケトン、Nオキシド化合物を、第16族元素源として用いてよい。第16族元素として、セレン(Se)をシェルの構成元素とする場合には、セレン単体、またはセレン化ホスフィンオキシド、有機セレン化合物(ジベンジルジセレニドやジフェニルジセレニド)もしくは水素化物等の化合物を、第16族元素源として用いてよい。第16族元素として、テルル(Te)をシェルの構成元素とする場合には、テルル単体、テルル化ホスフィンオキシド、または水素化物を、第16族元素源として用いてよい。   When oxygen (O) is used as a constituent element of the shell as the Group 16 element, alcohol, ether, carboxylic acid, ketone, or N oxide compound may be used as the Group 16 element source. When selenium (Se) is used as a constituent element of the shell as a group 16 element, selenium alone, selenide phosphine oxide, organic selenium compound (dibenzyl diselenide or diphenyl diselenide), hydride, etc. A compound may be used as a Group 16 element source. When tellurium (Te) is used as a constituent element of the shell as the Group 16 element, tellurium alone, tellurium phosphine oxide, or hydride may be used as the Group 16 element source.

第13族元素源および第16族元素源を分散液に添加する方法は特に限定されない。例えば、第13族元素源および第16族元素源を、有機溶媒に分散または溶解させた混合液を準備し、この混合液を分散液に少量ずつ、例えば、滴下する方法で添加してよい。この場合、混合液は、0.1mL/時間〜10mL/時間、特に1mL/時間〜5mL/時間の速度で添加してよい。また、混合液は、加熱した分散液に添加してよい。具体的には、例えば、分散液を昇温して、そのピーク温度が200℃〜300℃となるようにし、ピーク温度に達してから、ピーク温度を保持した状態で、混合液を少量ずつ加え、その後、降温させる方法で、シェル層を形成してよい(スローインジェクション法)。ピーク温度は、混合液の添加を終了した後も必要に応じて保持してよい。   The method for adding the group 13 element source and the group 16 element source to the dispersion is not particularly limited. For example, a mixed solution in which a group 13 element source and a group 16 element source are dispersed or dissolved in an organic solvent is prepared, and this mixed solution may be added to the dispersion little by little, for example, by dropping. In this case, the mixture may be added at a rate of 0.1 mL / hour to 10 mL / hour, in particular 1 mL / hour to 5 mL / hour. Moreover, you may add a liquid mixture to the heated dispersion liquid. Specifically, for example, the temperature of the dispersion is raised so that the peak temperature becomes 200 ° C. to 300 ° C., and after reaching the peak temperature, the mixture is added little by little while maintaining the peak temperature. Thereafter, the shell layer may be formed by a method of lowering the temperature (slow injection method). The peak temperature may be maintained as necessary even after the addition of the mixed solution is completed.

ピーク温度が低すぎると、一次半導体ナノ粒子を修飾している表面修飾剤が十分に脱離しない、またはシェル生成のための化学反応が十分に進行しない等の理由により、半導体の層(シェル)の形成が不十分となることがある。ピーク温度が高すぎると、一次半導体ナノ粒子に変質が生じることがあり、シェルを形成してもバンド端発光が得られないことがある。ピーク温度を保持する時間は、混合液の添加が開始されてからトータルで1分間〜300分間、特に10分間〜60分間であってよい。ピーク温度の保持時間は、ピーク温度との関係で選択され、ピーク温度がより低い場合には保持時間をより長くし、ピーク温度がより高い場合には保持時間をより短くすると、良好なシェル層が形成されやすい。昇温速度および降温速度は特に限定されず、降温は、例えばピーク温度で所定時間保持した後、加熱源(例えば電気ヒーター)をoffとして放冷することにより実施してよい。   If the peak temperature is too low, the surface modifier that modifies the primary semiconductor nanoparticles will not be sufficiently removed, or the chemical reaction for shell formation will not proceed sufficiently. May be insufficiently formed. If the peak temperature is too high, the primary semiconductor nanoparticles may be altered, and band edge emission may not be obtained even if a shell is formed. The time for maintaining the peak temperature may be 1 minute to 300 minutes in total from the start of the addition of the mixed solution, particularly 10 minutes to 60 minutes. The retention time of the peak temperature is selected in relation to the peak temperature, with a longer retention time when the peak temperature is lower and a shorter retention time when the peak temperature is higher, a good shell layer Is easily formed. The temperature increase rate and the temperature decrease rate are not particularly limited, and the temperature decrease may be performed by, for example, holding the peak temperature for a predetermined time and then allowing the heating source (for example, an electric heater) to be turned off and allowing to cool.

あるいは、第13族元素源および第16族元素源は、直接、全量を分散液に添加してよい。それから、第13族元素源および第16族元素源が添加された分散液を加熱することにより、シェルである半導体層を一次半導体ナノ粒子の表面に形成してよい(ヒーティングアップ法)。具体的には、第13族元素源および第16族元素源を添加した分散液は、例えば、徐々に昇温して、そのピーク温度が200℃〜300℃となるようにし、ピーク温度で1分間〜300分間保持した後、徐々に降温させるやり方で加熱してよい。昇温速度は例えば1℃/分〜50℃/分としてよく、降温速度は例えば1℃/分〜100℃/分としてよい。あるいは、昇温速度を特に制御することなく、所定のピーク温度となるように加熱してよく、また、降温を一定速度で実施せず、加熱源をoffとして放冷することにより実施してもよい。ピーク温度が低すぎる、または高すぎる場合の問題点は上記混合液を添加する方法で説明したとおりである。   Alternatively, the group 13 element source and the group 16 element source may be added directly to the dispersion directly. Then, the semiconductor layer as a shell may be formed on the surface of the primary semiconductor nanoparticles by heating the dispersion liquid to which the Group 13 element source and Group 16 element source are added (heating up method). Specifically, the dispersion added with the group 13 element source and the group 16 element source is gradually heated, for example, so that the peak temperature becomes 200 ° C. to 300 ° C., and the peak temperature is 1 After holding for 300 minutes, the heat may be gradually lowered. The rate of temperature increase may be, for example, 1 ° C./min to 50 ° C./min, and the rate of temperature decrease may be, for example, 1 ° C./min to 100 ° C./min. Alternatively, the temperature may be heated to a predetermined peak temperature without particularly controlling the temperature rising rate, or the temperature may be lowered at a constant rate, and the heating source may be turned off and allowed to cool. Good. The problem when the peak temperature is too low or too high is as described in the method of adding the above mixed solution.

ヒーティングアップ法によれば、スローインジェクション法でシェルを形成する場合と比較して、より強いバンド端発光を与えるコアシェル型半導体ナノ粒子が得られる傾向にある。   According to the heating-up method, core-shell type semiconductor nanoparticles that give stronger band edge emission tend to be obtained as compared with the case where the shell is formed by the slow injection method.

いずれの方法で第13族元素源および第16族元素源を添加する場合でも、両者の仕込み比は、第13族元素と第16族元素とからなる化合物半導体の化学量論組成比に対応させることが好ましい。例えば、第13族元素源としてGa源を、第16族元素源としてS源を用いる場合には、Gaの組成式に対応して、仕込み比は1:1.5(Ga:S)とすることが好ましい。尤も、仕込み比は、必ずしも化学量論組成比にしなくてよく、目的とするシェルの生成量よりも過剰量で原料を仕込む場合には、例えば、第16族元素源を化学量論組成比より少なくしてよく、例えば、仕込み比を1:1(第13族:第16族)としてもよい。 Regardless of which method is used to add the Group 13 element source and the Group 16 element source, the charging ratio of both corresponds to the stoichiometric composition ratio of the compound semiconductor composed of the Group 13 element and the Group 16 element. It is preferable. For example, when a Ga source is used as the Group 13 element source and an S source is used as the Group 16 element source, the charging ratio is 1: 1.5 (Ga: S) corresponding to the composition formula of Ga 2 S 3. ) Is preferable. However, the charging ratio does not necessarily have to be the stoichiometric composition ratio. When the raw material is charged in an excess amount than the target shell generation amount, for example, the group 16 element source is determined from the stoichiometric composition ratio. For example, the charging ratio may be 1: 1 (Group 13: Group 16).

また、分散液中に存在する一次半導体ナノ粒子に所望の厚さのシェルが形成されるように、仕込み量は、分散液に含まれる一次半導体ナノ粒子の量を考慮して選択する。例えば、一次半導体ナノ粒子の、粒子としての物質量10nmolに対して、第13族元素および第16族元素から成る化学量論組成の化合物半導体が0.01mmol〜10mmol、特に0.1mmol〜1mmol生成されるように、第13族元素源および第16族元素源の仕込み量を決定してよい。ただし、粒子としての物質量というのは、粒子1つを巨大な分子と見なしたときのモル量であり、分散液に含まれるナノ粒子の個数を、アボガドロ数(N=6.022×1023)で除した値に等しい。 Further, the preparation amount is selected in consideration of the amount of primary semiconductor nanoparticles contained in the dispersion so that a shell having a desired thickness is formed on the primary semiconductor nanoparticles present in the dispersion. For example, a compound semiconductor having a stoichiometric composition composed of a group 13 element and a group 16 element is generated in an amount of 0.01 mmol to 10 mmol, particularly 0.1 mmol to 1 mmol, with respect to 10 nmol of the substance amount as particles of the primary semiconductor nanoparticles. As described above, the charged amounts of the Group 13 element source and the Group 16 element source may be determined. However, the substance amount as a particle is a molar amount when one particle is regarded as a huge molecule, and the number of nanoparticles contained in the dispersion is expressed by the Avogadro number (N A = 6.022 × Equal to the value divided by 10 23 ).

ヒーティングアップ法でシェルを形成する場合、保持時間を長くすると(例えば、40分以上、特に50分以上、上限は例えば60分以下)、バンド端発光が強く、かつバンド端発光の割合が大きい(バンド端発光/欠陥発光の強度比が大きい)コアシェル型半導体ナノ粒子が得られやすくなる。但し、保持時間を長くしすぎると、バンド端発光の強度それ自体が低下する傾向にあり、場合によっては、ほとんど発光が得られなくなることがある。また、保持時間を長くするほど、得られる半導体ナノ粒子が発するバンド端発光のピークが短波長側にシフトする傾向にあり、また、バンド端発光の半値幅が大きくなる傾向にある。   When the shell is formed by the heating-up method, if the holding time is increased (for example, 40 minutes or more, particularly 50 minutes or more, the upper limit is, for example, 60 minutes or less), the band edge emission is strong and the band edge emission ratio is large. Core-shell type semiconductor nanoparticles (having a large band edge emission / defect emission intensity ratio) are easily obtained. However, if the holding time is too long, the intensity of the band edge emission tends to decrease, and in some cases, light emission may be hardly obtained. Further, as the holding time is increased, the peak of band-end emission emitted from the obtained semiconductor nanoparticles tends to shift to the short wavelength side, and the half-value width of band-end emission tends to increase.

このようにして、シェルを形成してコアシェル型半導体ナノ粒子が形成される。得られたコアシェル型半導体ナノ粒子は、溶媒から分離してよく、必要に応じて、さらに精製および乾燥してよい。分離、精製および乾燥の方法は、第2の実施形態にて説明したとおりであるから、ここではその詳細な説明を省略する。   In this way, a shell is formed to form core-shell type semiconductor nanoparticles. The obtained core-shell semiconductor nanoparticles may be separated from the solvent, and may be further purified and dried as necessary. The separation, purification, and drying methods are as described in the second embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.

(発光デバイス)
次に、本発明に係る別の実施形態として、上記において説明した半導体ナノ粒子、すなわち、第1の実施形態の半導体ナノ粒子、第2の実施形態の方法(第1ないし第3の半導体ナノ粒子の生成手法を含む)で製造された半導体ナノ粒子、第3の実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子、または第4の実施形態の方法で製造されたコアシェル型半導体ナノ粒子(以下、これらを総称して「本開示の半導体ナノ粒子」、または「本開示のナノ粒子」と呼ぶ)を用いた、発光デバイスを説明する。
本発明の実施形態である発光デバイスは、光変換部材および半導体発光素子を含む発光デバイスであって、光変換部材に本開示の半導体ナノ粒子を含むものである。この発光デバイスによれば、例えば、半導体発光素子からの発光の一部を、本開示の半導体ナノ粒子が吸収してより長波長の光が発せられる。そして、本開示の半導体ナノ粒子からの光と半導体発光素子からの発光の残部とが混合され、その混合光を発光デバイスの発光として利用できる。
(Light emitting device)
Next, as another embodiment according to the present invention, the semiconductor nanoparticles described above, that is, the semiconductor nanoparticles of the first embodiment, the method of the second embodiment (first to third semiconductor nanoparticles) The core-shell type semiconductor nanoparticles manufactured by the method of the fourth embodiment, or the core-shell type semiconductor nanoparticles manufactured by the method of the fourth embodiment (hereinafter collectively referred to as these) A light-emitting device using “semiconductor nanoparticles of the present disclosure” or “nanoparticles of the present disclosure”) will be described.
The light-emitting device which is embodiment of this invention is a light-emitting device containing a light conversion member and a semiconductor light-emitting element, Comprising: The semiconductor nanoparticle of this indication is included in a light conversion member. According to this light emitting device, for example, a part of the light emitted from the semiconductor light emitting element is absorbed by the semiconductor nanoparticles of the present disclosure, and light having a longer wavelength is emitted. And the light from the semiconductor nanoparticle of this indication and the remainder of light emission from a semiconductor light emitting element are mixed, and the mixed light can be utilized as light emission of a light emitting device.

具体的には、半導体発光素子としてピーク波長が400nm〜490nm程度の青紫色光または青色光を発するものを用い、本開示の半導体ナノ粒子として青色光を吸収して黄色光を発光するもの(例えば、上記第1の実施形態における半導体ナノ粒子の平均粒径が、4.0〜5.0nmの範囲のもの)を用いれば、白色光を発光する発光デバイスを得ることができる。あるいは、本開示の半導体ナノ粒子として、青色光を吸収して緑色光を発光するものと、青色光を吸収して赤色光を発光するものの2種類を用いても、白色発光デバイスを得ることができる。
あるいは、ピーク波長が400nm以下の紫外線を発光する半導体発光素子を用い、紫外線を吸収して青色光、緑色光、赤色光をそれぞれ発光する、三種類の本開示の半導体ナノ粒子を用いる場合でも、白色発光デバイスを得ることができる。この場合、発光素子から発せられる紫外線が外部に漏れないように、発光素子からの光をすべて本開示の半導体ナノ粒子に吸収させて変換させることが望ましい。
Specifically, a semiconductor light emitting element that emits blue-violet light or blue light having a peak wavelength of about 400 nm to 490 nm is used, and semiconductor nanoparticles of the present disclosure absorb blue light and emit yellow light (for example, If the average particle diameter of the semiconductor nanoparticles in the first embodiment is in the range of 4.0 to 5.0 nm, a light emitting device that emits white light can be obtained. Alternatively, as the semiconductor nanoparticles of the present disclosure, a white light emitting device can be obtained by using two types of semiconductor nanoparticles that absorb blue light and emit green light and those that absorb blue light and emit red light. it can.
Alternatively, using a semiconductor light emitting device that emits ultraviolet light having a peak wavelength of 400 nm or less, and absorbing three ultraviolet rays to emit blue light, green light, and red light, respectively, and using three types of semiconductor nanoparticles of the present disclosure, A white light emitting device can be obtained. In this case, it is desirable that all the light from the light emitting element is absorbed and converted by the semiconductor nanoparticles of the present disclosure so that ultraviolet rays emitted from the light emitting element do not leak to the outside.

あるいはまた、ピーク波長が490nm〜510nm程度の青緑色光を発するものを用い、本開示の半導体ナノ粒子として上記の青緑色光を吸収して赤色光を発するものを用いれば、白色光を発光するデバイスを得ることができる。
あるいはまた、半導体発光素子として波長700nm〜780nmの赤色光を発光するものを用い、本開示の半導体ナノ粒子として、赤色光を吸収して近赤外線を発光するものを用いれば、近赤外線を発光する発光デバイスを得ることもできる。
Alternatively, when emitting blue-green light having a peak wavelength of about 490 nm to 510 nm and using the semiconductor nanoparticles that absorb blue-green light and emit red light as the semiconductor nanoparticles of the present disclosure, white light is emitted. You can get a device.
Alternatively, if a semiconductor light emitting device that emits red light having a wavelength of 700 nm to 780 nm is used, and a semiconductor nanoparticle of the present disclosure that absorbs red light and emits near infrared light, the near infrared light is emitted. A light emitting device can also be obtained.

本開示の半導体ナノ粒子は、他の半導体量子ドットと組み合わせて用いてよく、あるいは他の量子ドットではない蛍光体(例えば、有機蛍光体または無機蛍光体)と組み合わせて用いてよい。他の半導体量子ドットは、例えば、背景技術の欄で説明した二元系の半導体量子ドットである。量子ドットではない蛍光体として、アルミニウムガーネット系等のガーネット系蛍光体を用いることができる。ガーネット蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられる。他にユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体、β−SiAlON系蛍光体、CASN系又はSCASN系等の窒化物系蛍光体、LnSiN11系又はLnSiAlON系等の希土類窒化物系蛍光体、BaSi:Eu系又はBaSi12:Eu系等の酸窒化物系蛍光体、CaS系、SrGa系、SrAl系、ZnS系等の硫化物系蛍光体、クロロシリケート系蛍光体、SrLiAl:Eu蛍光体、SrMgSiN:Eu蛍光体、マンガンで賦活されたフッ化物錯体蛍光体としてのKSiF:Mn蛍光体などを用いることができる。 The semiconductor nanoparticles of the present disclosure may be used in combination with other semiconductor quantum dots, or may be used in combination with phosphors that are not other quantum dots (for example, organic phosphors or inorganic phosphors). The other semiconductor quantum dots are, for example, the binary semiconductor quantum dots described in the background art section. As a phosphor that is not a quantum dot, a garnet phosphor such as an aluminum garnet can be used. Examples of garnet phosphors include yttrium / aluminum / garnet phosphors activated with cerium and lutetium / aluminum / garnet phosphors activated with cerium. Nitrogen-containing calcium aluminosilicate phosphors activated with europium and / or chromium, silicate phosphors activated with europium, β-SiAlON phosphors, nitride phosphors such as CASN or SCASN, Rare earth nitride phosphors such as LnSi 3 N11 or LnSiAlON, BaSi 2 O 2 N 2 : Eu or Ba 3 Si 6 O 12 N 2 : Eu oxynitride phosphors such as CaS, SrGa 2 S 4 -based, SrAl 2 O 4 -based, ZnS-based sulfide phosphors, chlorosilicate phosphors, SrLiAl 3 N 4 : Eu phosphors, SrMg 3 SiN 4 : Eu phosphors, activated with manganese A K 2 SiF 6 : Mn phosphor or the like as the fluoride complex phosphor can be used.

発光デバイスにおいて、本開示の半導体ナノ粒子を含む光変換部材は、例えばシートまたは板状部材であってよく、あるいは三次元的な形状を有する部材であってよい。三次元的な形状を有する部材の例は、表面実装型の発光ダイオードにおいて、パッケージに形成された凹部の底面に半導体発光素子が配置されているときに、発光素子を封止するために凹部に樹脂が充填されて形成された封止部材である。   In the light emitting device, the light conversion member including the semiconductor nanoparticles of the present disclosure may be, for example, a sheet or a plate-like member, or may be a member having a three-dimensional shape. An example of a member having a three-dimensional shape is a surface-mounted light emitting diode, in which a semiconductor light emitting element is disposed on the bottom surface of a concave portion formed in a package, and the concave portion is used to seal the light emitting element. It is a sealing member formed by filling a resin.

または、光変換部材の別の例は、平面基板上に半導体発光素子が配置されている場合にあっては、前記半導体発光素子の上面および側面を略均一な厚みで取り囲むように形成された樹脂部材である。
あるいはまた、光変換部材のさらに別の例は、半導体発光素子の周囲にその上端が半導体発光素子と同一平面を構成するように反射材を含む樹脂部材が充填されている場合にあっては、前記半導体発光素子および前記反射材を含む樹脂部材の上部に、所定の厚さで平板状に形成された樹脂部材である。
Alternatively, another example of the light conversion member is a resin formed so as to surround the upper surface and the side surface of the semiconductor light emitting element with a substantially uniform thickness when the semiconductor light emitting element is disposed on a flat substrate. It is a member.
Alternatively, still another example of the light conversion member is a case where a resin member including a reflective material is filled around the semiconductor light emitting element so that the upper end of the semiconductor light emitting element is flush with the semiconductor light emitting element. It is a resin member formed in a flat plate shape with a predetermined thickness on the upper part of the resin member including the semiconductor light emitting element and the reflector.

光変換部材は半導体発光素子に接してよく、あるいは半導体発光素子から離れて設けられていてよい。具体的には、光変換部材は、半導体発光素子から離れて配置される、ペレット状部材、シート部材、板状部材または棒状部材であってよく、あるいは半導体発光素子に接して設けられる部材、例えば、封止部材、コーティング部材(モールド部材とは別に設けられる発光素子を覆う部材)またはモールド部材(例えば、レンズ形状を有する部材を含む)であってよい。
また、発光デバイスにおいて、異なる波長の発光を示す2種類以上の本開示の半導体ナノ粒子を用いる場合には、1つの光変換部材内で前記2種類以上の本開示の半導体ナノ粒子が混合されていてもよいし、あるいは1種類の量子ドットのみを含む光変換部材を2つ以上組み合わせて用いてもよい。この場合、2種類以上の光変換部材は積層構造を成してもよいし、平面上にドット状ないしストライプ状のパターンとして配置されていてもよい。
The light conversion member may be in contact with the semiconductor light emitting element or may be provided apart from the semiconductor light emitting element. Specifically, the light conversion member may be a pellet-shaped member, a sheet member, a plate-shaped member, or a rod-shaped member disposed away from the semiconductor light-emitting element, or a member provided in contact with the semiconductor light-emitting element, for example, , A sealing member, a coating member (a member that covers a light emitting element provided separately from the mold member), or a mold member (for example, a member having a lens shape).
In addition, in the light emitting device, when two or more types of semiconductor nanoparticles of the present disclosure that emit light of different wavelengths are used, the two or more types of semiconductor nanoparticles of the present disclosure are mixed in one light conversion member. Alternatively, two or more light conversion members including only one type of quantum dot may be used in combination. In this case, the two or more types of light conversion members may have a laminated structure, or may be arranged as a dot or stripe pattern on a plane.

半導体発光素子としてはLEDチップが挙げられる。LEDチップは、GaN、GaAs、InGaN、AlInGaP、GaP、SiC、及びZnO等から成る群より選択される一種又は二種以上から成る半導体層を備えたものであってよい。青紫色光、青色光、または紫外線を発光する半導体発光素子は、好ましくは、一般式がInAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)で表わされるGaN系化合物を半導体層として備えたものであることが好ましい。 An LED chip is mentioned as a semiconductor light emitting element. The LED chip may include one or more semiconductor layers selected from the group consisting of GaN, GaAs, InGaN, AlInGaP, GaP, SiC, ZnO, and the like. Violet light, the semiconductor light emitting element which emits blue light, or ultraviolet light, is preferably represented in the general formula In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y <1) It is preferable that a GaN-based compound is provided as a semiconductor layer.

本実施形態の発光デバイスは、光源として液晶表示装置に組み込まれることが好ましい。本開示の半導体ナノ粒子によるバンド端発光は発光寿命の短いものであるため、これを用いた発光デバイスは、比較的速い応答速度が要求される液晶表示装置の光源に適している。また、本開示の半導体ナノ粒子は、バンド端発光として半値幅の小さい発光ピークを示し得る。したがって、発光デバイスにおいて:
− 青色半導体発光素子によりピーク波長が420nm〜490nmの範囲内にある青色光を得るようにし、本開示の半導体ナノ粒子により、ピーク波長が510nm〜550nm、好ましくは530nm〜540nmの範囲内にある緑色光、およびピーク波長が600nm〜680nm、好ましくは630〜650nmの範囲内にある赤色光を得るようにする;または、
− 発光デバイスにおいて、半導体発光素子によりピーク波長400nm以下の紫外光を得るようにし、本開示の半導体ナノ粒子によりピーク波長430nm〜470nm、好ましくは440〜460nmの範囲内にある青色光、ピーク波長が510nm〜550nm、好ましくは530〜540nmの緑色光、およびピーク波長が600〜680nm、好ましくは630〜650nmの範囲内にある赤色光を得るようにする
ことによって、濃いカラーフィルターを用いることなく、色再現性の良い液晶表示装置が得られる。本実施形態の発光デバイスは、例えば、直下型のバックライトとして、またはエッジ型のバックライトとして用いられる。
The light emitting device of this embodiment is preferably incorporated in a liquid crystal display device as a light source. Since the band edge emission by the semiconductor nanoparticles of the present disclosure has a short emission lifetime, a light emitting device using this is suitable as a light source for a liquid crystal display device that requires a relatively fast response speed. In addition, the semiconductor nanoparticles of the present disclosure can exhibit an emission peak with a small half width as band edge emission. Thus, in a light emitting device:
-Blue light having a peak wavelength in the range of 420 nm to 490 nm is obtained by the blue semiconductor light emitting device, and green having a peak wavelength in the range of 510 nm to 550 nm, preferably 530 nm to 540 nm, by the semiconductor nanoparticles of the present disclosure. To obtain light and red light with a peak wavelength in the range of 600 nm to 680 nm, preferably 630 to 650 nm; or
-In a light-emitting device, ultraviolet light having a peak wavelength of 400 nm or less is obtained by a semiconductor light-emitting element, and blue light having a peak wavelength in the range of 430 to 470 nm, preferably 440 to 460 nm, preferably having a peak wavelength by the semiconductor nanoparticles of the present disclosure. By obtaining green light of 510 nm to 550 nm, preferably 530 to 540 nm, and red light having a peak wavelength in the range of 600 to 680 nm, preferably 630 to 650 nm, the color can be obtained without using a dark color filter. A liquid crystal display device with good reproducibility can be obtained. The light emitting device of the present embodiment is used as, for example, a direct type backlight or an edge type backlight.

あるいは、本開示の半導体ナノ粒子を含む、樹脂もしくはガラス等からなるシート、板状部材、またはロッドが、発光デバイスとは独立した光変換部材として液晶表示装置に組み込まれていてよい。   Or the sheet | seat, plate-shaped member, or rod which consists of resin or glass etc. containing the semiconductor nanoparticle of this indication may be integrated in the liquid crystal display device as a light conversion member independent of the light emitting device.

(実施例1〜3)
0.10mmolの酢酸銀(AgOAc)、0.15mmolの酢酸インジウム(In(OAc))、および0.25mmolのチオ尿素を、0.10cmの1−ドデカンチオールと2.90cmのオレイルアミンの混合液に投入し、分散させた。酢酸銀と酢酸インジウムについて、Ag/Ag+Inはいずれの実施例も0.4であった。分散液を、撹拌子とともに試験管に入れ、窒素置換を行った後、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、表1に示す条件で加熱処理を実施した。
(Examples 1-3)
0.10 mmol of silver acetate (AgOAc), 0.15 mmol of indium acetate (In (OAc) 3 ), and 0.25 mmol of thiourea were added to 0.10 cm 3 of 1-dodecanethiol and 2.90 cm 3 of oleylamine. It poured into the liquid mixture and disperse | distributed. Regarding silver acetate and indium acetate, Ag / Ag + In was 0.4 in all examples. The dispersion was placed in a test tube together with a stirrer and replaced with nitrogen, and then heat treatment was performed under the conditions shown in Table 1 while stirring the contents in the test tube in a nitrogen atmosphere.

加熱処理はいずれも所定の温度で10分実施した。加熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、上澄みである溶液を取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに溶解させて以下の測定を実施した。   All heat treatments were performed at a predetermined temperature for 10 minutes. After the heat treatment, the resulting suspension was allowed to cool and then centrifuged (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to take out the supernatant solution. Methanol was added thereto until precipitation of the nanoparticles, and centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) was performed to precipitate the nanoparticles. The precipitate was taken out and dissolved in chloroform, and the following measurement was performed.

実施例2で得られた半導体ナノ粒子についてXRDパターンを測定し、正方晶(カルコパイライト型)のAgInS、および斜方晶のAgInSと比較した。測定したXRDパターンを図1に示す。XRDパターンより、実施例2の半導体ナノ粒子の結晶構造は、正方晶のAgInSとほぼ同じ構造であることがわかった。XRDパターンは、リガク社製の粉末X線回折装置(商品名SmartLab)を用いて測定した(以下の実験例において同じ)。 The XRD pattern of the semiconductor nanoparticles obtained in Example 2 was measured and compared with tetragonal (chalcopyrite type) AgInS 2 and orthorhombic AgInS 2 . The measured XRD pattern is shown in FIG. From the XRD pattern, it was found that the crystal structure of the semiconductor nanoparticles of Example 2 was almost the same as that of tetragonal AgInS 2 . The XRD pattern was measured using a powder X-ray diffractometer (trade name SmartLab) manufactured by Rigaku (same in the following experimental examples).

また、得られた半導体ナノ粒子の形状を、透過型電子顕微鏡(TEM、(株)日立ハイテクノロジーズ製、商品名H−7650)を用いて観察するとともに、その平均粒径を8〜20万倍のTEM像から測定した。ここでは、TEMグリッドとして、市販のエラスティックカーボン支持膜付き銅グリッド(応研商事)を用いた。得られた粒子の形状は、球状もしくは多角形状であった。   Moreover, while observing the shape of the obtained semiconductor nanoparticle using a transmission electron microscope (TEM, Hitachi High-Technologies Corporation make, brand name H-7650), the average particle diameter is 80,000 to 200,000 times. It measured from the TEM image of. Here, a commercially available copper grid with an elastic carbon support film (Oken Corporation) was used as the TEM grid. The shape of the obtained particles was spherical or polygonal.

平均粒径は、TEM像に含まれているナノ粒子のうち、計測可能なものをすべて、すなわち、画像の端において粒子の像が切れているようなものを除くすべての粒子について、粒径を測定し、その算術平均を求める方法で求めた。一つのTEM像に含まれるナノ粒子が100点に満たない場合には、別のTEM像を測定して、そのTEM像に含まれる粒子について粒径を測定し、算術平均を100点以上の粒子から求めるようにした。
各実施例の半導体ナノ粒子の平均粒径は以下のとおりであった。
実施例1:4.1nm
実施例2:4.6nm
実施例3:5.1nm
The average particle size is the particle size for all the nanoparticles included in the TEM image except for those that can be measured, i.e., all particles that have a broken image at the edge of the image. The measurement was performed and the arithmetic average was obtained. When the number of nanoparticles contained in one TEM image is less than 100, another TEM image is measured, the particle size of the particles contained in the TEM image is measured, and the arithmetic average is 100 or more particles. I asked for it.
The average particle size of the semiconductor nanoparticles of each example was as follows.
Example 1: 4.1 nm
Example 2: 4.6 nm
Example 3: 5.1 nm

次に、得られた半導体ナノ粒子について、エネルギー分散型X線分析装置(堀場製作所,EMAX Energy)を用いて、半導体ナノ粒子に含まれるAg、InおよびSの原子数を合わせて100としたときに、各原子の割合がどれだけであるかを求めた。結果を表1に示す。
エネルギー分散型X線分析装置を用いた測定は具体的には以下の手順で実施した(以下の実験例においても同じ)。
作製したナノ粒子分散溶液を試料台に固定したカーボンテープ上に滴下し、乾燥させた。エネルギー分散型X線分析装置により観測したスペクトルから、Ag、In、Sに由来するシグナルを用いて、シグナルの強度に基づいて各成分を定量した。測定箇所を変更しながら5点測定を行い、その平均値を結果とした。
Next, for the obtained semiconductor nanoparticles, when the total number of Ag, In and S atoms contained in the semiconductor nanoparticles is set to 100 using an energy dispersive X-ray analyzer (Horiba, EMAX Energy) Then, the ratio of each atom was determined. The results are shown in Table 1.
Specifically, the measurement using the energy dispersive X-ray analyzer was performed according to the following procedure (the same applies to the following experimental examples).
The prepared nanoparticle dispersion solution was dropped on a carbon tape fixed to a sample stage and dried. From the spectrum observed with the energy dispersive X-ray analyzer, each component was quantified based on the intensity of the signal using signals derived from Ag, In, and S. Five points were measured while changing the measurement location, and the average value was taken as the result.

実施例1〜3で得られた半導体ナノ粒子について、吸収および発光スペクトルを測定した。その結果を図2(吸収スペクトル、実施例1:実線、実施例2:一点鎖線、実施例3:点線)および図3(発光スペクトル、実施例1:実線、実施例2:一点鎖線、実施例3:点線)に示す。吸収スペクトルは、ダイオードアレイ式分光光度計(アジレントテクノロジー社製、商品名Agilent 8453A)を用いて、波長を190nm〜1100nmとして測定した。発光スペクトルは、マルチチャンネル分光器(浜松ホトニクス社製、商品名PMA11)を用いて、励起波長365nmにて測定した。各実施例の発光スペクトルにて観察された急峻な発光ピークの波長および半値幅は、以下のとおりである。
実施例1:590nm付近、半値幅42nm
実施例2:590nm付近、半値幅50nm
実施例3:590nm付近、半値幅55nm
Absorption and emission spectra were measured for the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 1 to 3. The results are shown in FIG. 2 (absorption spectrum, Example 1: solid line, Example 2: one-dot chain line, Example 3: dotted line) and FIG. 3 (emission spectrum, Example 1: solid line, Example 2: one-dot chain line, Example). 3: Dotted line) The absorption spectrum was measured using a diode array type spectrophotometer (manufactured by Agilent Technologies, trade name Agilent 8453A) at a wavelength of 190 nm to 1100 nm. The emission spectrum was measured at an excitation wavelength of 365 nm using a multichannel spectrometer (trade name PMA11, manufactured by Hamamatsu Photonics). The wavelength and half width of the steep emission peak observed in the emission spectrum of each example are as follows.
Example 1: Around 590 nm, full width at half maximum 42 nm
Example 2: Near 590 nm, half-value width 50 nm
Example 3: Near 590 nm, half width 55 nm

発光寿命の測定は、浜松ホトニクス株式会社製の蛍光寿命測定装置(商品名Quantaurus−Tau)を用いて、波長470nmの光を励起光として、得られた半導体ナノ粒子に照射して励起光とは異なる波長の光を発光させ、急峻な発光ピークのピーク波長付近の発光の減衰曲線を求めた。得られた減衰曲線を浜松ホトニクス株式会社製の蛍光寿命測定/解析ソフトウェアU11487−01を用いてパラメータフィッティングにより、3つの成分に分けた。その結果、τ、τ、およびτ、ならびに各成分の寄与率(A、AおよびA)は以下の表3に示すとおりとなった。 The emission lifetime is measured by using a fluorescence lifetime measuring apparatus (trade name: Quantaurus-Tau) manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., by irradiating the obtained semiconductor nanoparticles with light having a wavelength of 470 nm as excitation light. Light having different wavelengths was emitted, and an emission attenuation curve near the peak wavelength of the steep emission peak was obtained. The obtained attenuation curve was divided into three components by parameter fitting using fluorescence lifetime measurement / analysis software U11487-01 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. As a result, τ 1 , τ 2 , and τ 3 and the contribution ratios (A 1 , A 2, and A 3 ) of each component are as shown in Table 3 below.

実施例2の主成分の発光寿命(τ2:25.9ns)は、バンド端発光が確認されているCdSeナノ粒子の寿命(30〜60ns)と同程度であり、本発光がバンド端によるものであることがわかった。
実施例1については、バンド端発光の強度が、バンド端発光よりも長波長側で観察される他の発光(欠陥発光含む)の強度よりも小さかった。これは、実施例1において、第1段階の加熱処理の温度が、実施例2のそれよりも低かったことによると考えられる。
実施例2および3の吸収スペクトルにおいては、550nm付近にエキシトンピークが観察された。
The emission lifetime (τ2: 25.9 ns) of the main component of Example 2 is comparable to the lifetime (30 to 60 ns) of CdSe nanoparticles in which band edge emission is confirmed, and this emission is due to the band edge. I found out.
In Example 1, the intensity of the band edge emission was lower than the intensity of other emission (including defect emission) observed on the longer wavelength side than the band edge emission. This is considered to be due to the fact that in Example 1, the temperature of the first stage heat treatment was lower than that in Example 2.
In the absorption spectra of Examples 2 and 3, an exciton peak was observed around 550 nm.

(実施例4、比較例1および2)
酢酸銀(AgOAc)および酢酸インジウム(In(OAc))を、Ag/Ag+Inがそれぞれ0.3(比較例1)、0.4(実施例4)、および0.5(比較例2)となり、かつ2つの金属塩を合わせた量が0.25mmolとなるように量り取った。酢酸銀(AgOAc)、酢酸インジウム(In(OAc))、および0.25mmolのチオ尿素を、0.10cmのオレイルアミンと2.90cmの1−ドデカンチオールの混合液に投入し、分散させた。酢酸銀と酢酸インジウムについて、分散液を、撹拌子とともに試験管に入れ、窒素置換を行った後、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、150℃にて10分間加熱し(第1段階の加熱処理)、さらに250℃にて10分間加熱した(第2段階の加熱処理)。
(Example 4, Comparative Examples 1 and 2)
Silver acetate (AgOAc) and indium acetate (In (OAc) 3 ), Ag / Ag + In becomes 0.3 (Comparative Example 1), 0.4 (Example 4), and 0.5 (Comparative Example 2), respectively. And the total amount of the two metal salts was measured to be 0.25 mmol. Silver acetate (AgOAc), indium acetate (In (OAc) 3 ), and 0.25 mmol of thiourea are charged into a mixture of 0.10 cm 3 of oleylamine and 2.90 cm 3 of 1-dodecanethiol and dispersed. It was. About silver acetate and indium acetate, after putting a dispersion liquid into a test tube with a stirring bar and performing nitrogen substitution, it heated at 150 degreeC for 10 minutes, stirring the contents in a test tube in nitrogen atmosphere ( First stage heat treatment) and further heated at 250 ° C. for 10 minutes (second stage heat treatment).

加熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付した。
比較例1については、沈殿をメタノールで洗浄した後、沈殿にクロロホルムを加えて遠心分離(半径146mm、4000rpm、15分間)に付し、上澄みを回収し、以下の測定を実施した。
実施例4および比較例2については、上澄みである溶液を取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに溶解させて以下の測定を実施した。
なお、実施例4は実施例2と同じ条件で製造したものであるが、実施例2とは別に作製したものであるから、平均粒径等において実施例2とは若干異なる。
After the heat treatment, the obtained suspension was allowed to cool and then centrifuged (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes).
For Comparative Example 1, after washing the precipitate with methanol, chloroform was added to the precipitate and subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 15 minutes), the supernatant was collected, and the following measurements were performed.
For Example 4 and Comparative Example 2, the supernatant solution was taken out. Methanol was added thereto until precipitation of the nanoparticles, and centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) was performed to precipitate the nanoparticles. The precipitate was taken out and dissolved in chloroform, and the following measurement was performed.
In addition, although Example 4 was manufactured on the same conditions as Example 2, since it manufactured separately from Example 2, in average particle diameter etc., it is a little different from Example 2. FIG.

また、得られた半導体ナノ粒子の形状を観察するとともに、平均粒径を測定した。得られた粒子の形状は、球状もしくは多角形状であった。比較例1の平均粒径は10.4nm、実施例4の平均粒径は4.3nm、比較例2の平均粒径は3.8nmであった。   Moreover, while observing the shape of the obtained semiconductor nanoparticles, the average particle size was measured. The shape of the obtained particles was spherical or polygonal. The average particle size of Comparative Example 1 was 10.4 nm, the average particle size of Example 4 was 4.3 nm, and the average particle size of Comparative Example 2 was 3.8 nm.

次に、得られた半導体ナノ粒子について、蛍光X線分析装置(リガク社製、商品名EDXL300)を用いて、半導体ナノ粒子に含まれるAg、InおよびSの原子数を合わせて100としたときに、各原子の割合がどれだけであるかを求めた。結果を表4に示す。   Next, with respect to the obtained semiconductor nanoparticles, when the total number of atoms of Ag, In and S contained in the semiconductor nanoparticles is set to 100 using a fluorescent X-ray analyzer (trade name EDXL300, manufactured by Rigaku Corporation) Then, the ratio of each atom was determined. The results are shown in Table 4.

比較例1〜2および実施例4で得られた半導体ナノ粒子について、吸収および発光スペクトルを測定した。その結果を図4(吸収スペクトル、実施例4:実線、比較例1:点線、比較例2:一点鎖線)および図5(発光スペクトル、実施例4:実線、比較例1:点線、比較例2:一点鎖線)に示す。吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定は、実施例1〜3に記載した装置および方法を用いて実施した。   The absorption and emission spectra of the semiconductor nanoparticles obtained in Comparative Examples 1 and 2 and Example 4 were measured. The results are shown in FIG. 4 (absorption spectrum, Example 4: solid line, comparative example 1: dotted line, comparative example 2: one-dot chain line) and FIG. 5 (emission spectrum, Example 4: solid line, comparative example 1: dotted line, comparative example 2). : One-dot chain line). The absorption spectrum and emission spectrum were measured using the apparatus and method described in Examples 1-3.

図5に示すとおり、比較例1および2の発光スペクトルにおいては、実施例4のバンド端発光のピーク波長に相当する波長580nmあたりに小さなピークが見られるものの、その強度は極めて小さいものであった。
比較例1の吸収スペクトルでは、570nm付近にエキシトンピークが観察され、比較例2の吸収スペクトルでは、530nm付近にエキシトンピークが観察された。
As shown in FIG. 5, in the emission spectra of Comparative Examples 1 and 2, although a small peak was observed around a wavelength of 580 nm corresponding to the peak wavelength of the band edge emission in Example 4, the intensity was extremely small. .
In the absorption spectrum of Comparative Example 1, an exciton peak was observed near 570 nm, and in the absorption spectrum of Comparative Example 2, an exciton peak was observed near 530 nm.

(実施例5)
<1>コア(一次半導体ナノ粒子)の作製
酢酸銀(AgOAc)および酢酸インジウム(In(OAc))を、Ag/Ag+Inが0.4となり、かつ2つの金属塩を合わせた量が0.25mmolとなるように量り取った。酢酸銀(AgOAc)、酢酸インジウム(In(OAc))、および0.25mmolのチオ尿素を、0.10cmのオレイルアミンと2.90cmの1−ドデカンチオールの混合液に投入し、分散させた。酢酸銀と酢酸インジウムについて、分散液を、撹拌子とともに試験管に入れ、窒素置換を行った後、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、150℃にて10分間加熱し(第1段階の加熱処理)、さらに250℃にて10分間加熱した(第2段階の加熱処理)。
(Example 5)
<1> Production of Core (Primary Semiconductor Nanoparticles) Silver acetate (AgOAc) and indium acetate (In (OAc) 3 ) have an Ag / Ag + In of 0.4, and the total amount of the two metal salts is 0.00. Weighed out to 25 mmol. Silver acetate (AgOAc), indium acetate (In (OAc) 3 ), and 0.25 mmol of thiourea are charged into a mixture of 0.10 cm 3 of oleylamine and 2.90 cm 3 of 1-dodecanethiol and dispersed. It was. About silver acetate and indium acetate, after putting a dispersion liquid into a test tube with a stirring bar and performing nitrogen substitution, it heated at 150 degreeC for 10 minutes, stirring the contents in a test tube in nitrogen atmosphere ( First stage heat treatment) and further heated at 250 ° C. for 10 minutes (second stage heat treatment).

加熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付した。その後、上澄みである溶液を取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物にエタノールを加えて撹拌し、再び遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに溶解させて、以下の測定を実施した。   After the heat treatment, the obtained suspension was allowed to cool and then centrifuged (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes). Thereafter, the supernatant solution was taken out. Methanol was added thereto until precipitation of the nanoparticles, and centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) was performed to precipitate the nanoparticles. Ethanol was added to the precipitate and stirred, and then centrifuged again (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the nanoparticles. The precipitate was taken out and dissolved in chloroform, and the following measurement was performed.

得られた半導体ナノ粒子の形状を観察するとともに、平均粒径を測定した。得られた粒子の形状は、球状もしくは多角形状であった。平均粒径は4.6nmであった。   While observing the shape of the obtained semiconductor nanoparticles, the average particle size was measured. The shape of the obtained particles was spherical or polygonal. The average particle size was 4.6 nm.

次に、得られた半導体ナノ粒子について、蛍光X線分析装置(リガク社製、商品名EDXL300)を用いて、半導体ナノ粒子に含まれるAg、InおよびSの原子数を合わせて100としたときに、各原子の割合がどれだけであるかを求めた。結果を表5に示す。   Next, with respect to the obtained semiconductor nanoparticles, when the total number of atoms of Ag, In and S contained in the semiconductor nanoparticles is set to 100 using a fluorescent X-ray analyzer (trade name EDXL300, manufactured by Rigaku Corporation) Then, the ratio of each atom was determined. The results are shown in Table 5.

得られた半導体ナノ粒子について、吸収および発光スペクトルを測定した。吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定方法は、実施例1〜3のそれらと同じである。その結果を図6に示す。図6に示すとおり、この半導体ナノ粒子の発光スペクトルにおいては、波長580nm付近をピーク波長とする、半値幅50nmの急峻な発光ピークが観察されるとともに、波長705nm付近をピーク波長とするブロードな発光ピークが観察された。   Absorption and emission spectra were measured for the obtained semiconductor nanoparticles. The methods for measuring the absorption spectrum and the emission spectrum are the same as those in Examples 1 to 3. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the emission spectrum of the semiconductor nanoparticles, a steep emission peak with a half-width of 50 nm having a peak wavelength around 580 nm is observed, and a broad emission with a peak wavelength around 705 nm. A peak was observed.

発光寿命の測定を実施例2で採用した方法と同じ方法で実施した。結果を表6に示す。   The light emission lifetime was measured by the same method as used in Example 2. The results are shown in Table 6.

この半導体ナノ粒子の主成分の発光寿命(τ2:39.3ns)は、バンド端発光が確認されているCdSeナノ粒子の寿命(30〜60ns)と同程度であり、本発光がバンド端によるものであることがわかった。   The emission lifetime (τ2: 39.3 ns) of the main component of the semiconductor nanoparticles is comparable to the lifetime (30 to 60 ns) of CdSe nanoparticles that have been confirmed to emit band edges. I found out that

<2>コアシェル型半導体ナノ粒子の作製(シェルの形成)
上記<1>で作製した半導体ナノ粒子をコア(一次半導体ナノ粒子)として、その表面にシェルを形成した。
具体的には、<1>で作製した一次半導体ナノ粒子のうち、ナノ粒子としての物質量で1.0×10−5mmol(10nmol)と、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))5.33×10-5mmolと、チオ尿素5.33×10-5mmolと、オレイルアミン2.9cmと、1−ドデカンチオール0.1cmとを、試験管に入れて、300℃にて60分間保持した後、加熱源をoffにして放冷した。その後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。上澄みを捨て、沈殿物にメタノールを加えて撹拌後、再び遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、エタノールを加えて撹拌し、再び遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに溶解させて、以下の測定を実施した。
<2> Production of core-shell type semiconductor nanoparticles (formation of shell)
The semiconductor nanoparticles produced in the above <1> were used as cores (primary semiconductor nanoparticles), and a shell was formed on the surface thereof.
Specifically, among the primary semiconductor nanoparticles prepared in <1>, 1.0 × 10 −5 mmol (10 nmol) as a nanoparticle and a gallium acetylacetonate (Ga (acac) 3 ) 5 and .33 × 10 -5 mmol, thiourea 5.33 × 10 -5 mmol, and oleylamine 2.9 cm 3, and 1-dodecanethiol 0.1 cm 3, placed in a test tube, 60 at 300 ° C. After holding for a minute, the heating source was turned off and the mixture was allowed to cool. Thereafter, the mixture was centrifuged (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the nanoparticles. The supernatant was discarded, methanol was added to the precipitate and stirred, and then centrifuged again (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the nanoparticles. The precipitate was taken out, ethanol was added, and the mixture was stirred and centrifuged again (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the nanoparticles. The precipitate was taken out and dissolved in chloroform, and the following measurement was performed.

得られたコアシェル型半導体ナノ粒子の形状を観察するとともに、平均粒径を測定した。得られた粒子の形状は、球状もしくは多角形状であった。平均粒径は6.5nmであった。この平均粒径の値と、先に測定したコアの平均粒径の値との差から、シェルの厚さは平均で約0.95nmであった。   While observing the shape of the obtained core-shell type semiconductor nanoparticles, the average particle size was measured. The shape of the obtained particles was spherical or polygonal. The average particle size was 6.5 nm. From the difference between the average particle size and the previously measured average particle size of the core, the average thickness of the shell was about 0.95 nm.

得られたコアシェル型半導体ナノ粒子について、吸収および発光スペクトルを測定した。吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定方法は、実施例1〜3のそれらと同じである。その結果を図7に示す。図7に示すとおり、この半導体ナノ粒子の発光スペクトルにおいては、波長580nm付近をピーク波長とする、半値幅49nmの急峻な発光ピーク(バンド端発光)が観察された。また、波長710nm付近をピーク波長とするブロードな発光ピーク(欠陥発光)はその強度が極めて小さくかった。欠陥発光の強度で規格化したバンド端発光の強度は18であった。この結果より、特定のシェルによる被覆が、バンド端発光の割合を大きくするのに効果的であることがわかった。   The obtained core-shell type semiconductor nanoparticles were measured for absorption and emission spectra. The methods for measuring the absorption spectrum and the emission spectrum are the same as those in Examples 1 to 3. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the emission spectrum of the semiconductor nanoparticles, a steep emission peak (band edge emission) with a half-value width of 49 nm having a peak wavelength near 580 nm was observed. Further, the intensity of the broad emission peak (defect emission) having a wavelength around 710 nm was extremely small. The band edge emission intensity normalized by the defect emission intensity was 18. From this result, it was found that coating with a specific shell is effective for increasing the ratio of band edge emission.

発光寿命の測定を実施例2で採用した方法と同じ方法で実施した。結果を表7に示す。   The light emission lifetime was measured by the same method as used in Example 2. The results are shown in Table 7.

このコアシェル型半導体ナノ粒子の主成分の発光寿命(τ3:248ns)は、コアのそれよりも長くなっていることが確認された。また、発光寿命が51.9nsの成分(τ2、A2)が主成分と同じ程度の強度で観測された。この発光寿命は、バンド端発光が確認されているCdSe(ナノ粒子)が発する蛍光で、寄与率の最も大きい成分の蛍光寿命(30ns〜60ns)と同程度であった。   It was confirmed that the emission lifetime (τ3: 248 ns) of the main component of the core-shell type semiconductor nanoparticles is longer than that of the core. In addition, a component (τ2, A2) having an emission lifetime of 51.9 ns was observed with the same intensity as the main component. This emission lifetime is the same as the fluorescence lifetime (30 ns to 60 ns) of the component having the largest contribution ratio with the fluorescence emitted by CdSe (nanoparticles) whose band edge emission is confirmed.

得られたコアシェル型半導体ナノ粒子を、HAADF−STEM(JEOL製、商品名JEM―ARM200F Cold)により観察した。HAADF像を図8に示す。HAADF像においては、規則的な模様を有する結晶性のコアと、その周囲に位置する規則的な模様を有しないシェルが観察され、この粒子においてシェルがアモルファスであることが観察された。   The obtained core-shell type semiconductor nanoparticles were observed with HAADF-STEM (manufactured by JEOL, trade name JEM-ARM200F Cold). A HAADF image is shown in FIG. In the HAADF image, a crystalline core having a regular pattern and a shell not having a regular pattern located around the crystalline core were observed, and the shell was observed to be amorphous in this particle.

比較のために、<1>で得た半導体ナノ粒子(コア)のHAADF像を図9に示す。図9に示すHAADF像においては、規則的な模様を有する結晶性の粒子だけが観察され、その周囲に規則的な模様を有しない領域は観察されなかった。   For comparison, FIG. 9 shows a HAADF image of the semiconductor nanoparticles (core) obtained in <1>. In the HAADF image shown in FIG. 9, only crystalline particles having a regular pattern were observed, and no region having a regular pattern was observed in the periphery thereof.

得られたコアシェル型半導体ナノ粒子について、HAADF像にて、規則的な模様を有する結晶性のコアとして観察される中央の領域、および規則的な模様を有しないシェルとして観察される周縁の領域に含まれる、S(硫黄)とGa(ガリウム)の原子百分率を、エネルギー分散型X線分析(EDS)装置(堀場製作所社製、商品名EMAX Energy)により分析した。SとGaの原子百分率は、Ag、In、GaおよびSの原子数を合わせて100%としたときの割合である。分析結果を表8に示す。   About the obtained core-shell type semiconductor nanoparticles, in the HAADF image, a central region observed as a crystalline core having a regular pattern and a peripheral region observed as a shell having no regular pattern The atomic percentages of S (sulfur) and Ga (gallium) contained were analyzed by an energy dispersive X-ray analysis (EDS) apparatus (trade name EMAX Energy, manufactured by Horiba, Ltd.). The atomic percentage of S and Ga is a ratio when the total number of Ag, In, Ga and S atoms is 100%. The analysis results are shown in Table 8.

表8に示すとおり、中央よりも周縁でGaおよびSがより多い割合で検出された。この結果より、元素組成の点からも、得られた粒子が、粒子の表面にGaSが偏析したコア−シェル構造を取っていることを確認できた。 As shown in Table 8, more Ga and S were detected at the periphery than at the center. From this result, it was confirmed that the obtained particles had a core-shell structure in which GaS x was segregated on the surface of the particles from the point of elemental composition.

本発明に係る実施形態は、バンド端発光可能な半導体ナノ粒子であり、発光デバイスの波長変換物質として、あるいは生体分子マーカーとして利用可能である。   The embodiment according to the present invention is a semiconductor nanoparticle capable of emitting a band edge, and can be used as a wavelength conversion substance of a light emitting device or as a biomolecule marker.

<第2の半導体ナノ粒子の生成手法>
半導体ナノ粒子は、Agの塩、Inの塩、およびSの供給源となる化合物を一度に有機溶媒に投入し、その後、有機溶媒を加熱する方法で生成してよい。この方法によれば、簡便な操作によりワンポッで再現性よくナノ粒子を合成できる。
あるいはまた、有機溶媒とAgの塩とを反応させて錯体を形成し、次に、有機溶媒とInの塩とを反応させて錯体を形成するとともに、これらの錯体とSの供給源となる化合物とを反応させ、得られた反応物を結晶成長させる方法で製造してよい。この場合、加熱は、Sの供給源となる化合物と反応させる段階にて実施する。
Agの塩、およびInの塩については、上記錯体の形成を含む生成方法(第1の半導体ナノ粒子の生成手法)に関連して説明したとおりである。
<Method for generating second semiconductor nanoparticles>
The semiconductor nanoparticles may be produced by a method in which an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S are added to an organic solvent at a time, and then the organic solvent is heated. According to this method, it can be synthesized reproducibly nanoparticles Wanpo' up by a simple operation.
Alternatively, the organic solvent is reacted with an Ag salt to form a complex, and then the organic solvent is reacted with an In salt to form a complex. And the resulting reaction product may be produced by crystal growth. In this case, the heating is carried out at the stage of reacting with the compound serving as the supply source of S.
The salt of Ag and the salt of In are as described in relation to the production method (formation method of the first semiconductor nanoparticles) including the formation of the complex.

また、本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、上記特定のコアが、上記特定のシェルで被覆されていることによって、当該バンド発光を大きな割合で発することができる。具体的には、本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、欠陥発光の強度で規格化したバンド端発光の強度が例えば5〜300、特に20〜150となるような、発光スペクトルを与えることができる。本実施形態のコアシェル型半導体ナノ粒子は、好ましくは欠陥発光に由来する光を発しない。
Moreover, the core-shell type semiconductor nanoparticles of the present embodiment can emit the band edge emission at a large rate by covering the specific core with the specific shell. Specifically, the core-shell type semiconductor nanoparticles of the present embodiment can give an emission spectrum such that the intensity of band edge emission normalized by the intensity of defect emission is, for example, 5 to 300, particularly 20 to 150. it can. The core-shell type semiconductor nanoparticles of this embodiment preferably do not emit light derived from defect emission.

コアとなる半導体ナノ粒子(以下、シェルで被覆する前のコアを便宜的に「一次半導体ナノ粒子」と呼ぶ)をシェルで被覆するに際しては、これを適切な溶媒に分散させた分散液を調し、当該分散液中でシェルとなる半導体層を形成する。一次半導体ナノ粒子が分散した液体においては、散乱光が生じないため、分散液は一般に透明(有色または無色)のものとして得られる。一次半導体ナノ粒子を分散させる溶媒は特に限定されず、一次半導体ナノ粒子を作製するときと同様、任意の有機溶媒(特に、エタノール等の極性の高い有機溶媒)であってよい。有機溶媒は、表面修飾剤、または表面修飾剤を含む溶液であってよい。例えば、有機溶媒は、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物から選ばれる少なくとも1つであってよく、あるいは、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物から選ばれる少なくとも1つであってよく、あるいは炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物から選ばれる少なくとも1つと炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物から選ばれる少なくとも1つとの組み合わせであってよい。具体的な有機溶媒としては、オレイルアミン、n‐テトラデシルアミン、ドデカンチオール、またはその組み合わせがある。 When the core semiconductor nanoparticles (hereinafter referred to as “primary semiconductor nanoparticles” for the sake of convenience) are coated with a shell, a dispersion in which this is dispersed in an appropriate solvent is prepared. It was manufactured, to form a semiconductor layer made of a shell in the dispersion. In the liquid in which the primary semiconductor nanoparticles are dispersed, since no scattered light is generated, the dispersion liquid is generally obtained as transparent (colored or colorless). The solvent in which the primary semiconductor nanoparticles are dispersed is not particularly limited, and may be any organic solvent (particularly a highly polar organic solvent such as ethanol) as in the case of producing the primary semiconductor nanoparticles. The organic solvent may be a surface modifier or a solution containing the surface modifier. For example, the organic solvent may be at least one selected from nitrogen-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, or selected from sulfur-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. At least one, or at least one selected from nitrogen-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms and at least one selected from sulfur-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms It may be a combination. Specific organic solvents include oleylamine, n-tetradecylamine, dodecanethiol, or combinations thereof.

第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物は、第16族元素源となるものである。例えば、第16族元素として硫黄(S)をシェルの構成元素とする場合には、高純度硫黄のような硫黄単体を用いることができ、あるいは、n−ブタンチオール、イソブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等のチオール、ジベンジルスルフィドのようなジスルフィド、チオ尿素、チオカルボニル化合物等の硫黄含有化合物を用いることができる。 A single group 16 element or a compound containing a group 16 element is a group 16 element source. For example, when sulfur (S) is used as a constituent element of the shell as a group 16 element, a simple sulfur such as high-purity sulfur can be used, or n-butanethiol, isobutanethiol, n-pentanethiol , n- hexane thiol, octane thiol, decane thiol, dodecane thiol, hexadecane thiol, thiol such as octadecane thiol, can be used disulfides such as dibenzyl disulfide, thiourea, sulfur containing compounds such as thiocarbonyl compound.

次に、得られた半導体ナノ粒子について、エネルギー分散型X線分析装置(堀場製作所,EMAX Energy)を用いて、半導体ナノ粒子に含まれるAg、InおよびSの原子数を合わせて100としたときに、各原子の割合がどれだけであるかを求めた。結果を表に示す。
エネルギー分散型X線分析装置を用いた測定は具体的には以下の手順で実施した(以下の実験例においても同じ)。
作製したナノ粒子分散溶液を試料台に固定したカーボンテープ上に滴下し、乾燥させた。エネルギー分散型X線分析装置により観測したスペクトルから、Ag、In、Sに由来するシグナルを用いて、シグナルの強度に基づいて各成分を定量した。測定箇所を変更しながら5点測定を行い、その平均値を結果とした。
Next, for the obtained semiconductor nanoparticles, when the total number of Ag, In and S atoms contained in the semiconductor nanoparticles is set to 100 using an energy dispersive X-ray analyzer (Horiba, EMAX Energy) Then, the ratio of each atom was determined. The results are shown in Table 2 .
Specifically, the measurement using the energy dispersive X-ray analyzer was performed according to the following procedure (the same applies to the following experimental examples).
The prepared nanoparticle dispersion solution was dropped on a carbon tape fixed to a sample stage and dried. From the spectrum observed with the energy dispersive X-ray analyzer, each component was quantified based on the intensity of the signal using signals derived from Ag, In, and S. Five points were measured while changing the measurement location, and the average value was taken as the result.

Claims (15)

Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物とを、有機溶媒中にて反応させることにより半導体ナノ粒子を製造する方法であって、
(a)Agの塩と、Inの塩と、Sの供給源となる化合物と、有機溶媒とを準備することと、
(b)AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.33以上0.42以下となるように、前記Agの塩と、前記Inの塩と、前記Sの供給源となる化合物とを、前記有機溶媒中に投入して、半導体ナノ粒子を生成すること、
を含む半導体ナノ粒子の製造方法。
A method for producing semiconductor nanoparticles by reacting an Ag salt, an In salt, and a compound serving as a source of S in an organic solvent,
(A) preparing an Ag salt, an In salt, a compound serving as a source of S, and an organic solvent;
(B) the Ag salt, the In salt, and the S source so that the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.33 or more and 0.42 or less; A compound to be formed in the organic solvent to produce semiconductor nanoparticles,
The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle containing this.
前記(b)において、前記Agの塩と、前記Inの塩と、前記Sの供給源となる化合物とを含む前記有機溶媒を、230℃以上260℃以下の温度にて、3分間以上加熱して、半導体ナノ粒子を生成することをさらに含む、請求項1に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   In (b), the organic solvent containing the Ag salt, the In salt, and the compound serving as the source of S is heated at a temperature of 230 ° C. to 260 ° C. for 3 minutes or more. The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 1, further comprising producing semiconductor nanoparticles. 前記(b)において、前記Agの塩と、前記Inの塩と、前記Sの供給源となる化合物とを含む前記有機溶媒を30℃以上190℃以下の温度にて、1分間以上15分間以下加熱した後、
230℃以上260℃以下の温度にて、3分間以上加熱して、半導体ナノ粒子を生成することをさらに含む、請求項1に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。
In the above (b), the organic solvent containing the Ag salt, the In salt, and the compound serving as the source of S is heated at a temperature of 30 ° C. to 190 ° C. for 1 minute to 15 minutes. After heating
The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 1, further comprising producing semiconductor nanoparticles by heating at a temperature of 230 ° C or higher and 260 ° C or lower for 3 minutes or more.
前記(b)において、前記Sの供給源となる化合物を、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比が0.95以上1.20以下となるように、前記有機溶媒中に投入する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   In (b), the compound serving as the supply source of S is added to the organic solvent so that the ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.95 or more and 1.20 or less. The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle of any one of Claims 1-3 to introduce | transduce. 生成された前記半導体ナノ粒子において、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が、前記有機溶媒中に投入される前記Agの塩および前記Inの塩についての、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比よりも小さい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   In the generated semiconductor nanoparticles, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is such that the Ag salt and the In salt added to the organic solvent are Ag and In. The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle of any one of Claims 1-4 smaller than the ratio of the number of Ag atoms with respect to the sum total of the number of atoms. 前記有機溶媒が、炭素数4〜20の炭化水素基を有するチオールから選択される少なくとも一種の溶媒と、炭素数4〜20の炭化水素基を有するアミンから選択される少なくとも一種の溶媒とを含む、混合溶媒である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   The organic solvent includes at least one solvent selected from thiols having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms and at least one solvent selected from amines having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. The method for producing semiconductor nanoparticles according to any one of claims 1 to 5, which is a mixed solvent. (c)前記(b)の後で、生成された前記半導体ナノ粒子を含む前記有機溶媒を遠心分離に付し、遠心分離後の上澄みを得ること
(d)前記上澄みに有機溶媒を添加して遠心分離に付し、前記半導体ナノ粒子を沈殿として取り出すことをさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。
(C) After the step (b), the organic solvent containing the generated semiconductor nanoparticles is subjected to centrifugation to obtain a supernatant after centrifugation. (D) An organic solvent is added to the supernatant. The method for producing semiconductor nanoparticles according to any one of claims 1 to 6, further comprising taking out the semiconductor nanoparticles as a precipitate by centrifugation.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法で製造した半導体ナノ粒子を溶媒中に分散させた分散液を準備すること、
前記分散液に、第13族元素を含む化合物および第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物を加えて、前記半導体ナノ粒子の表面に、実質的に前記第13族元素と前記第16族元素からなる半導体の層を形成することを含む、コアシェル型半導体ナノ粒子の製造方法。
Preparing a dispersion in which the semiconductor nanoparticles produced by the method according to any one of claims 1 to 7 are dispersed in a solvent;
A compound containing a group 13 element and a group 16 element or a compound containing a group 16 element are added to the dispersion to substantially add the group 13 element and the group to the surface of the semiconductor nanoparticle. A method for producing core-shell type semiconductor nanoparticles, comprising forming a semiconductor layer comprising a group 16 element.
前記第13族元素としてGaを含み、前記第16族元素としてSを含む、請求項8に記載のコアシェル型半導体ナノ粒子の製造方法。   The method for producing core-shell semiconductor nanoparticles according to claim 8, wherein Ga is contained as the Group 13 element and S is contained as the Group 16 element. Ag、In、およびSを含む、平均粒径が50nm以下の半導体ナノ粒子であって、
AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.320以上0.385以下であり、
AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比が1.20以上1.45以下であり、
350〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されると、発光寿命が200ns以下の光を発する、
半導体ナノ粒子。
A semiconductor nanoparticle containing Ag, In, and S having an average particle size of 50 nm or less,
The ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is 0.320 or more and 0.385 or less,
The ratio of the number of S atoms to the total number of Ag and In atoms is 1.20 or more and 1.45 or less,
When light having a wavelength in the range of 350 to 500 nm is irradiated, it emits light having an emission lifetime of 200 ns or less.
Semiconductor nanoparticles.
コアと、前記コアの表面を覆い前記コアとヘテロ接合するシェルと、を備えるコアシェル型半導体ナノ粒子であって、
前記コアが、Ag、In、およびSを含み、AgとInの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.320以上0.385以下であり、AgとInの原子数の合計に対するSの原子数の比が1.20以上1.45以下である、半導体から成り、
前記シェルが、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体であり、
350〜500nmの範囲内にある波長の光が照射されたときに得られる発光スペクトルにおいて、ピーク波長が550nm〜650nmの範囲内にあり、半値幅が80nm以下である発光ピークが観察される、
コアシェル型半導体ナノ粒子。
A core-shell type semiconductor nanoparticle comprising a core and a shell that covers the surface of the core and heterojunction with the core,
The core includes Ag, In, and S, the ratio of the number of Ag atoms to the total number of Ag and In atoms is not less than 0.320 and not more than 0.385, and S relative to the total number of Ag and In atoms The ratio of the number of atoms of the semiconductor is 1.20 or more and 1.45 or less,
The shell is a semiconductor substantially composed of a Group 13 element and a Group 16 element;
In the emission spectrum obtained when light having a wavelength in the range of 350 to 500 nm is irradiated, an emission peak having a peak wavelength in the range of 550 nm to 650 nm and a half width of 80 nm or less is observed.
Core-shell type semiconductor nanoparticles.
前記第13族元素としてGaを含み、前記第16族元素としてSを含む、請求項11に記載のコアシェル型半導体ナノ粒子。   The core-shell type semiconductor nanoparticle according to claim 11, comprising Ga as the Group 13 element and S as the Group 16 element. 光変換部材および半導体発光素子を含む発光デバイスであって、前記光変換部材に請求項10に記載の半導体ナノ粒子が含まれる、発光デバイス。   A light emitting device including a light conversion member and a semiconductor light emitting element, wherein the light conversion member includes the semiconductor nanoparticles according to claim 10. 光変換部材および半導体発光素子を含む発光デバイスであって、前記光変換部材に請求項11または12に記載のコアシェル型半導体ナノ粒子が含まれる、発光デバイス。   A light emitting device including a light conversion member and a semiconductor light emitting element, wherein the light conversion member includes the core-shell type semiconductor nanoparticles according to claim 11 or 12. 前記半導体発光素子はLEDチップである、請求項13または14に記載の発光デバイス。   The light emitting device according to claim 13 or 14, wherein the semiconductor light emitting element is an LED chip.
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