JP2018524820A5

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Publication number: JP2018524820A5
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Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2036-07-28

Description

向上した性能を備える、ナノ結晶を利用した中遠赤外光検出器

発明の分野
本発明は、赤外線イメージングの分野に属する。特に、本発明は、３μｍ〜５０μｍの範囲内の波長での中遠波長赤外線イメージングの分野における方法およびデバイスに関する。

発明の背景
９０年代初期に報告されたコロイドナノ結晶の最初の合成以来、そのようなナノ結晶の光電子デバイスへの組み込みに多くの関心が寄せられている。実際、コロイド量子ドット（ＣＱＤ）は、その工程の容易さとその無機的性質に起因するその安定性との組み合わせのおかげで、低コストの光電子デバイスの構築の見込みを与える。初期段階では、その努力の大部分は可視波長に集中したが、これらのナノ材料を照明およびバイオイメージングなどの用途に使用するアイデアが急速に出現した。この分野が成長するにつれて、より多くの材料合成が利用可能になり、特に、鉛カルコゲナイドなどのナローバンドギャップＩＶ−ＶＩ化合物の合成が可能になった。そのような材料は、太陽光発電用途のための太陽光の近赤外波長範囲の吸収に取り組むために重要であった。

しかし、光電子工学用途へのコロイドナノ粒子の使用は、遥かに成熟しており既に費用対効果の高い相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）またはインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）などの既存の技術と競わなければならない。一方、紫外線（ＵＶ）および赤外線（ＩＲ）は依然として、より高価であり、技術的に困難である。ＩＲでは、現在の技術（多重量子井戸、ＨｇＣｄＴｅおよびＩＩ型超格子．．．）は依然として高コストな技術であり、この波長範囲の場合には、有機電子工学は非効率的である。

中遠ＩＲでは、代替技術の探求は遥かに明らかではなく、これは、この波長範囲では有機材料が有効ではないためである。従って、低コストの光電子デバイスを達成するためにコロイドナノ結晶を用いて中遠ＩＲに対処するという真の課題が存在する。ナノ結晶は、１２μｍより上での吸収およびより高い移動度を示すことができれば、既存の技術と競うためのいくつかの興味深い特性を提供する可能性がある。

本発明の目的は、（ｉ）このタイプの材料で対処することができる、より広い波長範囲を実証することによって、および（ｉｉ）第２にそれらの輸送特性を改善することによって（特により高いキャリア移動度を実証することによって）、２つの方向性でナノ結晶の光電子特性をさらに後押しすることである。これら２つの特徴が合わさって、ナノ結晶を利用した光電子デバイスとより成熟したＩＲ専用半導体デバイスとの間のギャップを埋めると期待される。

ＵＳ２０１４／０２９９７７２は、ＨｇＴｅナノ粒子を含む中赤外光検出器であって１．７〜１２μｍの範囲内の波長の光による照明の下で光吸収層全体の伝導性の増加を示す中赤外光検出器を開示する。この特許およびＡｄｖＭａｔ２５，１３７（２０１３）において、その著者らは、赤外活性材料（infrared active material）としてのＨｇＴｅＣＱＤの使用を説明している。しかし、その輸送特性および特にキャリア移動度は、かなり低いままであり（０．１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１未満）、システムの全体的な光応答を制限する。

この分野における重要なブレイクスルーは、水銀カルコゲナイドに基づく自然に自己ドープされるＣＱＤの発見であった。ＣＱＤの自己ドープは、バンド間遷移だけでなく、エネルギーの間隔がより狭くなる傾向のあるバンド内遷移も観察することを可能にする。結果として、ＨｇＳおよびＨｇＳｅのＣＱＤは、外部の帯電プロセスを必要とすることなく低エネルギー遷移を示す（Ｊ．ＰｈｙｓＣｈｅｍＬｅｔｔ５，１１３９（２０１４）およびＡＣＳＮａｎｏ８，１１７０７（２０１４）を参照のこと）。しかし、説明される材料は、やはり、その光伝導特性に対して非常に有害である低い移動度（０．０１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１未満）を示す。さらに、ピークバンド内遷移は６μｍ未満に制限されたままである。本発明において、我々は、３〜５０μｍのバンド内遷移に対して吸収ピーク波長を容易に調整できるナノ結晶およびそれを得るための方法を提供する。

さらに、これらのナノ結晶を無機キャッピングとカップリングさせることによって、我々は、ナノ結晶の薄膜において大きな移動度を達成した。移動度は、１００ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１より大きくすることができる。

当技術分野の現状と比較すると、達成された本発明のナノ結晶の移動度は、典型的には、２〜３桁大きい。そのような改善は、材料の光電子特性に直接影響を及ぼす。著しい改善は、同じ検出性能を達成するために、我々の材料は室温で稼働できるが以前の報告（ＡＣＳＮａｎｏ８，１１７０７（２０１４））では極低温条件（すなわち、２００Ｋ未満）において稼働されたという事実である。

概要
本発明は、複数の有機配位子および／または無機配位子で被覆された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶であって、
前記金属がＨｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂまたはそれらの混合物から選択され；前記カルコゲンがＳ、Ｓｅ、Ｔｅまたはそれらの混合物から選択され；
前記複数の無機配位子が、Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻ 、Ｓｅ ^２− 、Ｔｅ ^２− 、ＯＨ ⁻ 、ＢＦ _４ ⁻ 、ＰＦ _６ ⁻ 、Ｃｌ ⁻ 、Ｂｒ ⁻ 、Ｉ ⁻ 、Ａｓ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ａｓ _２Ｓ _３またはそれらの混合物から選択される少なくとも１種の無機配位子を含み；
金属カルコゲナイドナノ結晶の吸収に対する有機配位子の吸収が５０％未満（好ましくは２０％未満）である、
複数の金属カルコゲナイドナノ結晶に関する。

一実施形態によれば、前記複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜５０μｍの範囲内の光吸収特性および１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１以上のキャリア移動度を示す。

一実施形態によれば、前記金属は、ＨｇまたはＨｇとＰｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種との混合物から選択され；前記カルコゲンは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅまたはそれらの混合物から選択され；但し、無機配位子で被覆された前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、Ａｓ _２Ｓ _３で被覆されたＨｇＴｅではない。

本発明はまた、本発明による複数の金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法であって以下の工程を含む方法にも関する：
好ましくは一級アミン、より好ましくはオレイルアミン（oleyamine）、ヘキサデシルアミンまたはオクタデシルアミン、から選択される配位性溶媒中に金属カルボン酸塩（好ましくは金属オレイン酸塩または金属酢酸塩）を提供する工程；
６０℃〜１３０℃の範囲の温度にて、好ましくはトリオクチルホスフィンカルコゲナイド、トリメチルシリルカルコゲナイドまたはジスルフィドカルコゲナイドから選択されるカルコゲナイド前駆体を前記溶液中に混合する工程；
金属カルコゲナイドナノ結晶を単離する工程；および
単離された金属カルコゲナイドナノ結晶を複数の無機配位子で被覆する工程。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を単離する工程は、チオールおよび／またはホスフィンをナノ結晶と混合することと；それにより、クエンチされた混合物を形成することと；その後に、クエンチされた混合物からナノ結晶を抽出することと、を含む。

一実施形態によれば、本発明によるコロイド金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、カルコゲナイド前駆体の注入後の１〜６０分間の範囲の所定の時間にわたって混合物を６０℃〜１３０℃の範囲の温度に維持する工程をさらに含む。

一実施形態によれば、前記複数の無機配位子は、Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻ 、Ｓｅ ^２− 、Ｔｅ ^２− 、ＯＨ ⁻ 、ＢＦ _４ ⁻ 、ＰＦ _６ ⁻ 、Ｃｌ ⁻ 、Ｂｒ ⁻ 、Ｉ ⁻ 、Ａｓ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ａｓ _２Ｓ _３またはそれらの混合物から選択される少なくとも１種の無機配位子を含む。

本発明はまた、
本発明による複数の金属カルコゲナイドナノ結晶、または本発明に従って製造された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶、を含む光吸収層と；
光吸収層を橋渡しする第１の複数の電気的接続と、
を含む光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタであって、
複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜５０μｍの範囲の波長の光による光吸収層（photoabsortive layer）の照明に応答して電気的接続間の、および光吸収層全体の、伝導性が増加するように配置されており、
キャリア移動度は１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１以上である、
光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタにも関する。

一実施形態によれば、光吸収層は、３ｎｍ〜１ｍｍの範囲の厚さを有する。一実施形態によれば、光吸収層は、１００ｎｍ ^２〜１ｍ ^２の範囲の面積を有する。

本発明はまた、本発明による複数の光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタと、複数の光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタに電気的に接続された読み出し回路と、を含むデバイスにも関する。

本発明はまた、本発明による金属カルコゲナイドナノ結晶、または本発明に従って製造された金属カルコゲナイドナノ結晶、を含むＩＲ吸収性コーティング材料にも関する。

本発明はまた、本発明による金属カルコゲナイドナノ結晶、または本発明に従って製造された金属カルコゲナイドナノ結晶、を含むボロメーターまたはパイロメーターにも関する。

本発明はまた、複数の有機配位子で被覆された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶を含むボロメーターまたはパイロメーターであって、前記金属は、ＨｇまたはＨｇとＰｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種との混合物から選択され；前記カルコゲンは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅまたはそれらの混合物から選択される、ボロメーターまたはパイロメーターにも関する。

定義
本発明において、以下の用語は以下の意味を有する。

本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、そうではないことを文脈が明確に示さない限り、複数への言及を包含する。

「約（ａｂｏｕｔ）」なる用語は、本明細書において、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「大体（ｒｏｕｇｈｌｙ）」、「付近（ａｒｏｕｎｄ）」または「ほぼ（ｉｎｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆ）」を意味するために使用される。「約」なる用語は、数値範囲と共に使用される場合、記載される数値より上および下に境界を拡張することによってその範囲を変更する。一般に、「約」なる用語は、本明細書において、数値を２０パーセントの変動で、記載される値より上および下に変更するために使用される。

「キャリア移動度」は、半導体における電子移動度および正孔移動度の両方を指す。電子移動度および正孔移動度は、印加される電場の関数として各キャリアの速度に関係する。

「遠赤外」は、１０〜３００μｍの範囲の波長、１〜３０ＴＨｚの周波数および４〜１２０ｍｅＶの光子エネルギーに該当する電磁スペクトルの領域を指す。

「中赤外」は、２〜１２μｍの範囲の波長、２４〜１５０ＴＨｚの周波数および１００〜６２１ｍｅＶの光子エネルギーに該当する電磁スペクトルの領域を指す。

「ナノ結晶」は、少なくとも１つの寸法が０．１〜１００ナノメートルの範囲内である任意の形状の粒子を指す。

「シェル」は、金属カルコゲナイドナノ結晶の各面（すなわち表面全体；但し、成長プロセスが基材上で実施される場合には前記基材と接触している表面を除く）を覆う少なくとも１原子厚の膜または層を指す。

詳細な説明
第一の態様によれば、本発明は、無機配位子で被覆された金属カルコゲナイドナノ結晶または無機配位子で被覆された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶に関する。

一実施形態において、金属カルコゲナイドナノ結晶は、複数の有機配位子および／または無機配位子で被覆されている。

一実施形態において、本発明のナノ結晶は、例えば、量子ドット、ナノシート、ナノロッド、ナノプレートレット、ナノプレート、ナノプリズム、ナノウォール、ナノディスク、ナノ粒子、ナノワイヤ、ナノ粉末、ナノチューブ、ナノテトラポッド、ナノリボン、ナノベルト、ナノワイヤ、ナノニードル、ナノキューブ、ナノボール、ナノコイル、ナノコーン、ナノピラー（nanopiller）、ナノフラワーまたはそれらの組み合わせである。

一実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、０Ｄ、１Ｄまたは２Ｄの次元を有する。

一実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、以下を含む群または以下からなる群より選択される半導体を含む：ＩＶ族、ＩＩＩＡ−ＶＡ族、ＩＩＡ−ＶＩＡ族、ＩＩＩＡ−ＶＩＡ族、ＩＡ−ＩＩＩＡ−ＶＩＡ族、ＩＩＡ−ＶＡ族、ＩＶＡ−ＶＩＡ族、ＶＩＢ−ＶＩＡ族、ＶＢ−ＶＩＡ族、ＩＶＢ−ＶＩＡ族またはそれらの混合物。

別の実施形態によれば、前記金属は、以下を含む群または以下からなる群より選択される：Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂまたはそれらの混合物。

別の実施形態によれば、前記金属は、以下を含む群または以下からなる群より選択される：ＨｇまたはＨｇとＰｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種との混合物。

別の実施形態によれば、前記カルコゲナイドは、以下を含む群または以下からなる群より選択される：Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅまたはそれらの混合物。

別の実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、以下を含む群または以下からなる群より選択される材料を含む：ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、Ｈｇ _ｘＣｄ _１−ｘＴｅ（式中、ｘは、０と１との間に厳密に含まれる実数である）、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｂｉ _２Ｓ _３、Ｂｉ _２Ｓｅ _３、Ｂｉ _２Ｔｅ _３、ＳｎＳ、ＳｎＳ _２、ＳｎＴｅ、ＳｎＳｅ、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３および合金ならびにそれらの混合物。

別の実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、以下を含む群または以下からなる群より選択される材料を含む：ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅおよび合金ならびにそれらの混合物。

別の実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＨｇＳｅを含むか、またはＨｇＳｅからなる。

別の実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＨｇＳｅＴｅを含むか、またはＨｇＳｅＴｅからなる。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、追加的な元素を少量含む。「少量」なる用語は、本明細書において、０．０００１モル％〜１０モル％（好ましくは０．００１モル％〜１０モル％）の範囲の量を指す。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、遷移金属またはランタニドを少量含む。「少量」なる用語は、本明細書において、０．０００１モル％〜１０モル％（好ましくは０．００１モル％〜１０モル％）の範囲の量を指す。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、そのナノ結晶だけの場合と比較して電子の過剰または欠損を誘発する元素を少量含む。「少量」なる用語は、本明細書において、０．０００１モル％〜１０モル％（好ましくは０．００１モル％〜１０モル％）の範囲の量を指す。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、そのナノ結晶だけの場合と比較して光学特性の改変を誘発する元素を少量含む。「少量」なる用語は、本明細書において、０．０００１モル％〜１０モル％（好ましくは０．００１モル％〜１０モル％）の範囲の量を指す。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、当業者に公知のコア／シェル構造または本発明によるコア／シェルを含むか、当業者に公知のコア／シェル構造または本発明によるコア／シェルからなる。一実施形態によれば、「コア」は、そのコアの表面上にオーバーコーティングまたはシェルを有してよい。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶はコアシェル構造を有し、シェルはＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅでできている。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、０．３ｎｍ〜１０μｍ（より好ましくは１ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍ、さらにより好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍ）の範囲のサイズを有する。

一実施形態によれば、シェルの厚さは、０．２ｎｍ〜１０ｍｍ、０．２ｎｍ〜１ｍｍ、０．２ｎｍ〜１００μｍ、０．２ｎｍ〜１０μｍ、０．２ｎｍ〜１μｍ、０．２ｎｍ〜５００ｎｍ、０．２ｎｍ〜２５０ｎｍ、０．２ｎｍ〜１００ｎｍ、０．２ｎｍ〜５０ｎｍ、０．２ｎｍ〜２５ｎｍ、０．２ｎｍ〜２０ｎｍ、０．２ｎｍ〜１５ｎｍ、０．２ｎｍ〜１０ｎｍまたは０．２ｎｍ〜５ｎｍの範囲である。

別の実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、異なる半導体を含むか異なる半導体からなる、ヘテロ構造である。

一実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、真性半導体またはドープされていない半導体である。

別の実施形態によれば、前記金属カルコゲナイドナノ結晶は、外因性半導体またはドープされた半導体である。

一実施形態によれば、ドーピングは、表面効果によって誘発される。

一実施形態によれば、ドーピングは、金属カルコゲナイドナノ結晶のその環境による還元によって誘発される。

一実施形態によれば、ドーピングは、金属カルコゲナイドナノ結晶の水による還元によって誘発される。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶のドーピングは、ｎ型ドーピングである。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、電気化学によってドープされる。

一実施形態によれば、ドーピングの規模は、キャッピング配位子を変更することによって制御されてよい（図７ｂを参照のこと）。

一実施形態によれば、ドーピングの規模は、金属カルコゲナイドナノ結晶の表面の分子に付随する表面双極子に依存する。

別の実施形態によれば、ドーピングは、前記金属カルコゲナイドナノ結晶の不定比性によって誘発される。

別の実施形態によれば、ドーピングは、不純物または複数の不純物によって誘発される。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、カチオンに富んだ表面を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、アニオンに富んだ表面を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ドープされる。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶のドーピングは、ナノ結晶１つあたり０〜２個の電子である。

本発明の別の実施形態によれば、各金属カルコゲナイドナノ結晶は、ナノ結晶１つあたり１００個未満のドーパント（より好ましくは１０個未満のドーパント）を含む。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、有機配位子（アミン、チオール、カルボン酸、ホスフィン、ホスフィンオキシドなど）によってさらに取り囲まれてよい。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、アミン（オレイルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、テトラデシルアミン、オクチルアミン、アニリン、ヘプタジアミン、ブチルアミン、プロピルアミンなど）で被覆されてよい。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、チオール（ドデカンチオール、オクタデカンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、エタンジチオールなど）で被覆されてよい。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、カルボン酸（オレイン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、アラキドン酸、デカン酸、酪酸、エタン酸、メタン酸など）で被覆されてよい。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ホスフィン（トリオクチルホスフィン、トリブチルホスフィン、フェニルホスフィン、ジフェニルホスフィンなど）で被覆されてよい。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ホスフィンオキシド（トリオクチルホスフィンオキシドなど）で被覆されてよい。

別の実施形態によれば、ナノ結晶の表面の有機配位子の密度は、０．０１配位子・ｎｍ ^−２〜１００配位子・ｎｍ ^−２（より好ましくは０．１配位子・ｎｍ ^−２〜１０配位子・ｎｍ ^−２）の範囲である。

一実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶は、無機配位子で被覆される。

一実施形態によれば、無機配位子は、以下を含む群または以下からなる群より選択される：Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻ 、Ｓｅ ^２− 、Ｔｅ ^２− 、ＯＨ ⁻ 、ＢＦ _４ ⁻ 、ＰＦ _６ ⁻ 、Ｃｌ ⁻ 、Ｂｒ ⁻ 、Ｉ ⁻ 、Ａｓ _２Ｓ _３、Ａｓ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ａｓ _２Ｔｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３またはそれらの混合物。

一実施形態によれば、無機配位子は、好ましくはＡＳ _２Ｓｅ _３、Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻である。

一実施形態によれば、無機配位子は、好ましくはＡＳ _２Ｓｅ _３である。

別の実施形態によれば、ナノ結晶の表面の無機配位子の密度は、０．０１配位子・ｎｍ ^−２〜１００配位子・ｎｍ ^−２（より好ましくは０．１配位子・ｎｍ ^−２〜１０配位子・ｎｍ ^−２）の範囲である。

一実施形態によれば、ナノ結晶の表面の有機配位子と無機配位子との比は、０．００１〜０．２５（好ましくは０．００１〜０．２、より好ましくは０．００１〜０．１、さらにより好ましくは０．００１〜０．０１）の範囲である。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、Ａｓ _２Ｓ _３で被覆されたＨｇＴｅを含まないか、Ａｓ _２Ｓ _３で被覆されたＨｇＴｅではない。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＰｂＳを含まないか、ＰｂＳではない。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＰｂＳｅを含まないか、ＰｂＳｅではない。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＨｇＳである。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＨｇＳｅである。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＨｇＳｅＴｅである。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、ＳｎＴｅ、ＳｎＳ _２、ＳｎＳ、Ｂｉ _２Ｓ _３、Ｂｉ _２Ｔｅ _３、Ｂｉ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３である。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、可視光、近ＩＲ、中ＩＲ、遠ＩＲに光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、バンド間遷移に由来する光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、バンド内遷移に由来する光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、プラズモン効果に由来する光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、４００ｎｍ〜５０μｍ（好ましくは０．８μｍ〜２５μｍ、より好ましくは１μｍ〜２０μｍ）の光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜５０μｍの光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、１μｍ〜３μｍの光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜５μｍの光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜８μｍの光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、８μｍ〜１５μｍの光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、８μｍ〜１２μｍの光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、１２μｍ超の光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、１５μｍ超の光吸収特性を有する。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、１ｎｍ〜１００μｍ（より好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍ）の光吸収深さを有する。

本発明の別の実施形態によれば、複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、第１の光学的特徴で１００ｃｍ ^−１〜５×１０ ^５ｃｍ ^−１（より好ましくは５００ｃｍ ^−１〜１０ ^５ｃｍ ^−１、さらにより好ましくは１０００ｃｍ ^−１〜１０ ^４ｃｍ ^−１）の範囲の吸収係数を有する。

第二の態様によれば、本発明は、複数の金属カルコゲナイドナノ結晶に関し、ここで、前記複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜５０μｍの範囲内の波長にフォトルミネッセンスピークを示し、１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１以上のキャリア移動度を示し、前記金属は、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、ＢｉまたはＳｂから選択され、前記カルコゲンは、Ｓ、ＳｅまたはＴｅから選択される。

一実施形態によれば、複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、１μｍ〜２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０μｍの範囲内の波長に光吸収ピークを示す。

一実施形態によれば、中ＩＲまたは遠ＩＲにおける吸収ピークの半値幅は、バンド内ピークのエネルギーにおいて５０％未満であり、好ましくはバンド内ピークのエネルギーにおいて２０％未満であり、好ましくはバンド内ピークのエネルギーにおいて１０％未満であり、さらにより好ましくはバンド内ピークのエネルギーにおいて５％未満である。

一実施形態によれば、中ＩＲまたは遠ＩＲにおける吸収ピークの半値幅は、２０００ｃｍ ^−１未満であり、好ましくは１０００ｃｍ ^−１未満であり、さらにより好ましくは５００ｃｍ ^−１未満である。

一実施形態によれば、中ＩＲまたは遠ＩＲにおける吸収ピークの半値幅は、２００ｍｅＶ未満であり、好ましくは１００ｍｅＶ未満であり、さらにより好ましくは５０ｍｅＶ未満である。

一実施形態によれば、複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、１μｍ〜２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０μｍの範囲内の波長にフォトルミネッセンスピークを示す。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、配位子（アミン、チオール、カルボン酸、ホスフィン、ホスフィンオキシドなど）によってさらに取り囲まれる。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、以下を含む群または以下からなる群において選択される無機配位子によって取り囲まれる：Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻またはＡｓ _２Ｓ _３。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、以下を含む群または以下からなる群において選択される無機配位子によってさらに取り囲まれてよい：Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻ 、Ｓｅ ^２− 、Ｔｅ ^２− 、ＯＨ ⁻ 、ＢＦ _４ ⁻ 、ＰＦ _６ ⁻ 、Ｃｌ ⁻ 、Ｂｒ ⁻ 、Ｉ ⁻ 、Ａｓ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ａｓ _２Ｓ _３またはそれらの混合物。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶は、以下を含む群または以下からなる群において選択される無機配位子によってさらに取り囲まれてよい：ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅＳｎＳ _２、ＡｓＳ ^３＋、ＬｉＳ _２、ＦｅＳ _２、Ｃｕ _２Ｓまたはそれらの混合物。

別の実施形態によれば、最初の有機配位子を除去してナノ結晶を新しい無機配位子でキャッピングするための配位子交換手順は、固体アプローチ（solid state approach）を用いて行われる。

別の実施形態によれば、最初の有機配位子を除去してナノ結晶を新しい無機配位子でキャッピングするための配位子交換手順は、液相アプローチ（liquid phase approach）を用いて行われる。

別の実施形態によれば、最初の有機配位子を除去してナノ結晶を新しい無機配位子でキャッピングするための配位子交換手順は、液相移動法（liquid phase transfer method）を用いて行われる。

別の実施形態によれば、最初の有機配位子を除去し、新しい表面ケミストリー（surface chemistry）を気体の形態でナノ結晶にもたらしながらナノ結晶を新しい無機配位子でキャッピングするための配位子交換手順。

一実施形態によれば、配位子交換手順は、ナノ結晶の表面に最初に存在する有機配位子と比べて吸収の減少を伴い、特に有機配位子のＣ−Ｈ結合と比べて吸収の減少を伴う。

一実施形態によれば、配位子交換は、有機配位子と比べて吸収の減少をもたらし、これは、金属カルコゲナイドナノ結晶の吸収の５０％よりも高く、好ましくは金属カルコゲナイドナノ結晶の吸収の６０％、７０％、７５％、８０％、９０％または９５％よりも高い。

一実施形態によれば、配位子交換は、有機配位子と比べて吸収の減少をもたらし、これは、金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド間ピークまたはバンド内ピークの吸収の５０％よりも高く、好ましくは金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド間ピークまたはバンド内ピークの吸収の６０％、７０％、７５％、８０％、９０％または９５％よりも高い。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶の吸収に対する有機配位子の吸収は、５０％よりも低く、好ましくは４０％、３０％、２５％、２０％、１０％または５％よりも低い。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド間ピークまたはバンド内ピークの吸収に対する有機配位子の吸収は、５０％よりも低く、好ましくは４０％、３０％、２５％、２０％、１０％または５％よりも低い。

金属カルコゲナイドナノ結晶がドープまたは自己ドープされている一実施形態（例えばＨｇＳｅまたはＨｇＳの場合など）によれば、配位子交換は、有機配位子と比べて吸収の減少をもたらし、これは、金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド内ピークの吸収の５０％よりも高く、好ましくは金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド内ピークの吸収の６０％、７０％、７５％、８０％、９０％または９５％よりも高い。

金属カルコゲナイドナノ結晶がドープまたは自己ドープされている一実施形態（例えばＨｇＳｅまたはＨｇＳの場合など）によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド内ピークの吸収に対する有機配位子の吸収は、５０％よりも低く、好ましくは４０％、３０％、２５％、２０％、１０％または５％よりも低い。

金属カルコゲナイドナノ結晶がドープされていない一実施形態（例えばＨｇＴｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅまたはＰｂＳの場合など）によれば、配位子交換は、有機配位子と比べて吸収の減少をもたらし、これは、金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド間ピークの吸収の５０％よりも高く、好ましくは金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド間ピークの吸収の６０％、７０％、７５％、８０％、９０％または９５％よりも高い。

金属カルコゲナイドナノ結晶がドープされていない一実施形態（例えばＨｇＴｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅまたはＰｂＳの場合など）によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶のバンド間ピークの吸収に対する有機配位子の吸収は、５０％よりも低く、好ましくは４０％、３０％、２５％、２０％、１０％または５％よりも低い。

一実施形態によれば、有機配位子の吸収は、本明細書では、有機配位子のＣ−Ｈ結合の吸収を指す。

一実施形態によれば、光学密度での有機配位子の吸収（特にＣ−Ｈの吸収）は、ナノ結晶のバンド内特性に関連する吸収よりも弱い。

一実施形態によれば、ナノ結晶のバンド内特性の吸収に対する有機配位子の吸収（特にＣ−Ｈの吸収）の比率は、１未満であり、好ましくは５０％未満であり、より好ましくは２０％未満であり、さらにより好ましくは１０％未満である。

第三の態様によれば、本発明は、本明細書で開示される金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法に関する。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、
オレイルアミン、ヘキサデシルアミンまたはオクタデシルアミンを含む群またはそれらからなる群より選択される一級アミンから選択される配位性溶媒中に金属カルボン酸塩（好ましくは金属オレイン酸塩または金属酢酸塩）を提供することと；
６０℃〜１３０℃の範囲の温度にて、トリオクチルホスフィンカルコゲナイド、トリメチルシリルカルコゲナイドまたはジスルフィドカルコゲナイドを含む群またはそれらからなる群より選択されるカルコゲナイド前駆体を溶液中に混合することと；
金属カルコゲナイドナノ結晶を単離することと；
を含み、ここで、前記金属は、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂまたはそれらの混合物から選択され、前記カルコゲナイドは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅまたはそれらの混合物から選択される。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、０℃〜３５０℃（より好ましくは８０℃〜２５０℃、さらにより好ましくは６０℃〜１３０℃）の温度にて実施される。

一実施形態によれば、カルコゲナイド前駆体との混合物は、カルコゲナイド前駆体の注入後の１〜６０分間の範囲の所定の時間にわたって６０℃〜１３０℃の範囲の温度に維持される。

一実施形態によれば、上記で説明されるような金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、単離された金属カルコゲナイドナノ結晶を、アミン、チオール、カルボン酸、ホスフィン、ホスフィンオキシド、Ｓ ^２− 、ＨＳ ⁻ 、Ｓｅ ^２− 、Ｔｅ ^２− 、ＯＨ ⁻ 、ＢＦ _４ ⁻ 、ＰＦ _６ ⁻ 、Ｃｌ ⁻ ，Ｂｒ ⁻ 、Ｉ ⁻ 、Ａｓ _２Ｓｅ _３、Ｓｂ _２Ｓ _３、Ｓｂ _２Ｔｅ _３、Ｓｂ _２Ｓｅ _３、Ａｓ _２Ｓ _３またはそれらの混合物から選択される配位子で被覆する工程をさらに含む。

別の実施形態によれば、上記で説明されるような金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、単離された金属カルコゲナイドナノ結晶を、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅＳｎＳ _２、ＡｓＳ ^３＋、ＬｉＳ _２、ＦｅＳ _２、Ｃｕ _２Ｓまたはそれらの混合物から選択される配位子で被覆する工程をさらに含む。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、容積が１０ｍＬ〜１００Ｌ（好ましくは５０ｍＬ〜２５０ｍＬ）である三つ口フラスコ内で実施される。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、容積が１０ｍＬ〜１００Ｌ（好ましくは２５０ｍＬ〜５０Ｌ、より好ましくは１Ｌ〜３０Ｌ）である自動装置内で実施される。

別の実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、連続流リアクターである。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、オレイルアミン、ヘキサデシルアミンまたはオクタデシルアミンなどの配位性溶媒の使用を含む。

一実施形態によれば、カルコゲンがＳｅである金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、ＴＯＰＳｅ、Ｓｅ粉末、ＳｅＳ _２およびセレノ尿素などのセレン前駆体の高温での注入を含む。

一実施形態において、セレノ尿素は、Ｓｅ源としては使用されない。

一実施形態によれば、金属がＨｇである金属カルコゲナイドナノ結晶を製造するための方法は、水銀源としてカルボン酸水銀（mercury carboxylatye）を使用することを含む。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶ＨｇＳｅを製造するための方法は、は、水銀源としてオレイン酸水銀を使用することを含む。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶ＨｇＳｅを製造するための方法は、化学量論比で前駆体を注入することを含む。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶ＨｇＳｅを製造するための方法は、Ｓｅと比較して１０倍（より好ましくは３倍）を超えない率で過剰にＨｇ前駆体を注入することを含む。

一実施形態によれば、金属カルコゲナイドナノ結晶ＨｇＳｅを製造するための方法は、Ｈｇと比較して１０倍（より好ましくは３倍）を超えない率で過剰にＳｅ前駆体を注入することを含む。

第四の態様によれば、本発明は、光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタに関する。

一実施形態によれば、複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、トランジスタ、伝導体またはダイオード（好ましくは光トランジスタ、光伝導体または光ダイオード）における使用のためのものである。

別の実施形態によれば、光伝導体、光トランジスタまたは光ダイオードは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、発光プローブ、レーザー、熱画像装置、暗視システムおよび光検出器という群において選択されてよい。

別の実施形態によれば、複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、高い移動度を有するトランジスタ、伝導体またはダイオードにおける使用のためのものである。

別の実施形態によれば、本発明のトランジスタ、伝導体またはダイオードは、１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１よりも高い（好ましくは５ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１よりも高い、さらにより好ましくは１０ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１よりも高い）移動度を有するトランジスタ、伝導体またはダイオードにおける使用のためのものである。

一実施形態によれば、本発明のトランジスタ、伝導体またはダイオードは、第１のカソード層を含み、このカソード層は、上記で説明されるような複数の金属カルコゲナイドナノ結晶または上記で説明されるような方法に従って製造された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶を含む第１の光吸収層に電子的に連結されており、この第１の光吸収層は、第１のアノード層に連結されている。

一実施形態によれば、光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタは、
上記で説明されるような複数の金属カルコゲナイドナノ結晶または上記で説明されるような方法に従って製造された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶を含む光吸収層または光吸収膜と、
光吸収層を橋渡しする第１の複数の電気的接続と、
を含み、ここで、
複数の金属カルコゲナイドナノ結晶は、３μｍ〜５０μｍの範囲の波長の光による光吸収層の照明に応答して電気的接続間の、および光吸収層全体の、伝導性が増加するように配置されており、
キャリア移動度は１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１以上である。

一実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、３ｎｍ〜１ｍｍ（より好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは３０ｎｍ〜１μｍ）の厚さを有する。

別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、１０ｎｍ〜５０μｍ、０．０５μｍ〜２５μｍ、０．１μｍ〜１２．５μｍまたは０．５μｍ〜１０μｍの厚さを有する。

別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、１００ｎｍ ^２〜１ｍ ^２（好ましくは１μｍ ^２〜１０ｃｍ ^２、より好ましくは５０μｍ ^２〜１ｃｍ ^２）の面積を有する。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、ドロップキャスティング、ディップコーティング、スピンコーティング、電気泳動堆積によって調製される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、キャッピング層によってさらに保護される。

本発明の別の実施形態によれば、キャッピング層は無機層である。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ａｌ _２Ｏ _３、ＳｉＯ _２、ＭｇＯ、Ａｓ _２Ｓ _３、Ａｓ _２Ｓｅ _３を含む、またはＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ａｌ _２Ｏ _３、ＳｉＯ _２、ＭｇＯ、Ａｓ _２Ｓ _３、Ａｓ _２Ｓｅ _３からなる、無機層によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、ポリマー層（例えばシリコン系ポリマー、ＰＥＴまたはＰＶＡなど）によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、原子層堆積によって堆積された無機層によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、化学浴堆積によって堆積された無機層によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、Ｏ _２遮蔽層によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、Ｈ _２Ｏ遮蔽層によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、その役割がナノ粒子の温度の熱管理である層によって保護される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、第１の光学的特徴で１００ｃｍ ^−１〜５×１０ ^５ｃｍ ^−１（より好ましくは５００ｃｍ ^−１〜１０ ^５ｃｍ ^−１、さらにより好ましくは１０００ｃｍ ^−１〜１０ ^４ｃｍ ^−１）の範囲の吸収係数を有する。

本発明の別の実施形態によれば、キャリア移動度は、１ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１以上であり、好ましくは１０ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１よりも大きく、さらにより好ましくは５０ｃｍ ^２Ｖ ^−１ｓ ^−１よりも高い。

一実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、少なくとも２つの電極に接続される。

一実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、それらのうちの１つがゲート電極として使用される３つの電極に接続される。

一実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、電極のアレイに接続される。

一実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、電気化学によって調整されるスペクトルを示す。

一実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜は、表面ケミストリーの変更によって調整される赤外スペクトルを示す。

別の実施形態によれば、光検出器は、火炎検出器としての使用のためのものである。

別の実施形態によれば、光検出器は、二色検出を可能にする。

別の実施形態によれば、構築された検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは４．２μｍのＣＯ _２吸収を中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは３．３μｍのＣＨ吸収を中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは３μｍのＨ _２Ｏ吸収を中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは３μｍ〜４．２μｍを中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは１．３μｍを中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは１．５５μｍを中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは３μｍ〜５μｍを中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は二色検出を可能にし、波長のうちの１つは８μｍ〜１２μｍを中心とする。

別の実施形態によれば、光検出器は、多色検出を可能にする。

別の実施形態によれば、本発明の光吸収層または光吸収膜は、赤外線カメラの吸収層として使用される。

第五の態様によれば、本発明は、シングルピクセルデバイスに関する。

一実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶は、マトリックスの形態で加工される。

別の実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶は、いくつかのピクセルを設計するように加工される。

別の実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶は、少なくとも２つ、３つ、４つ、５つのピクセルを設計するように加工される。

別の実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶は、ピクセルのアレイを設計するように加工される。

別の実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶からなるピクセルは、１Ｄ（線）検出器を形成する。

別の実施形態によれば、本発明の金属カルコゲナイドナノ結晶からなるピクセルは、２Ｄ（線）検出器を形成する。

別の実施形態によれば、本発明のピクセルのアレイは、少なくとも５０×５０ピクセルまたは２５６×２５６ピクセルまたは５１２×５１２ピクセルまたは１０２４×１０２４ピクセルを含む。

別の実施形態によれば、本発明のピクセルのアレイは、メガピクセルマトリックスである。

別の実施形態によれば、本発明のピクセルのアレイは、１メガピクセル超（好ましくは２、４、８、１６、３２または６４メガピクセル超）を含む。

別の実施形態によれば、ピクセルのアレイは、４０％超の充填率を有し（すなわち、マトリックス（matric）全体の面積の４０％超がピクセルで構成されている）、より好ましくは５０％超、より好ましくは６０％超、より好ましくは７０％超、より好ましくは８０％超、さらにより好ましくは９０％超の充填率を有する。

別の実施形態によれば、ピクセル間の間隔はピクセルのサイズよりも小さく、好ましくはピクセルのサイズの５０％未満であり、より好ましくはピクセルのサイズの２０％未満である。

別の実施形態によれば、ピクセルは、読み出し回路に接続される。

別の実施形態によれば、ピクセルは、平面配置で読み出し回路に接続される。

別の実施形態によれば、ピクセルは、垂直配置で読み出し回路に接続される。

別の実施形態によれば、ピクセルのサイズは、１ｎｍ〜１０ｃｍ（好ましくは１００ｎｍ〜１ｍｍ、さらにより好ましくは１μｍ〜１ｍｍ）に含まれる。

第六の態様によれば、本発明は、ＩＲ吸収コーティングに関する。

一実施形態によれば、本発明は、ＩＲ吸収コーティングを含むかＩＲ吸収コーティングからなる層であって、従ってナローバンドギャップ吸収層を形成する、層に関する。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、赤外線吸収のための別の材料を増感させる。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、ボロメーターデバイスの赤外線吸収を向上させる。

本発明はまた、本発明による複数の金属カルコゲナイドナノ結晶を含むＩＲ吸収コーティングを含むボロメーターまたはパイロメーターにも関する。

一実施形態によれば、ボロメーターまたはパイロメーターは、複数の有機配位子で被覆された複数の金属カルコゲナイドナノ結晶を含み、ここで、前記金属は、ＨｇまたはＨｇとＰｂ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうちの少なくとも１種との混合物から選択され；前記カルコゲンは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅまたはそれらの混合物から選択される。一実施形態によれば、前記コーティングは、有機配位子を含むか、または有機配位子からなる。

一実施形態によれば、ナローバンドギャップ吸収層は、金属電極に直接接続されない。

別の実施形態によれば、ナローバンドギャップ吸収層は、単極障壁（unipolar barrier）によって金属電極から離間されている。

別の実施形態によれば、単極障壁は、暗電流を減少させるために使用される。

別の実施形態によれば、単極障壁は、多数キャリア電流（majority carrier current）を減少させるために使用される。

別の実施形態によれば、暗電流を減少させるために使用される単極障壁は、正孔ブロック層である。

別の実施形態によれば、暗電流を減少させるために使用される単極障壁は、電子ブロック層である。

一実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、読み出し回路に接続される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、ペルティエ素子によって冷却される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、極低温冷却器によって冷却される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、液体窒素を用いて冷却される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、液体ヘリウムを用いて冷却される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、１．５Ｋ〜３５０Ｋ（より好ましくは４Ｋ〜３１０Ｋ、さらにより好ましくは７０Ｋ〜３００Ｋ）で稼働される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、前面側から照明される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、背面側から（透明な基板を通して）照明される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、赤外線放出層として使用される。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、１μＡ・Ｗ ^−１〜１ｋＡ・Ｗ ^−１（より好ましくは１ｍＡ・Ｗ ^−１〜５０Ａ・Ｗ ^−１、さらにより好ましくは１０ｍＡ・Ｗ ^−１〜１０Ａ・Ｗ ^−１）の光応答を有する。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、１／ｆノイズによって制限されるノイズ電流密度を有する。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、ジョンソンノイズによって制限されるノイズ電流密度を有する。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、１０ ^６〜１０ ^１４ｊｏｎｅｓ（より好ましくは１０ ^７〜１０ ^１３ｊｏｎｅｓ、さらにより好ましくは１０ ^８〜５×１０ ^１２ｊｏｎｅｓ）の比検出能を有する。

本発明の別の実施形態によれば、ＩＲ吸収コーティングを含む層は、１Ｈｚ超（より好ましくは１０Ｈｚ超、より好ましくは１００Ｈｚ超、さらにより好ましくは１ｋＨｚ超）のバンド幅を有する。

本発明の別の実施形態によれば、光パルスの下での光吸収層または光吸収膜の時間応答は、１ｍｓ未満（好ましくは１００μｓ未満、より好ましくは１０μｓ未満、さらにより好ましくは１μｓ未満）である。

本発明の別の実施形態によれば、光パルスの下での光吸収層または光吸収膜の時間応答は、１μｓ未満（好ましくは１００ｎｓ未満、より好ましくは１０ｎｓ未満、さらにより好ましくは１ｎｓ未満）である。

本発明の別の実施形態によれば、光パルスの下での光吸収層または光吸収膜の時間応答は、１ｎｓ未満（好ましくは１００ｐｓ未満、より好ましくは１０ｐｓ未満、さらにより好ましくは１ｐｓ未満）である。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜の光応答の大きさおよびサイン（sign）は、ゲートバイアスによって調整または制御される。

本発明の別の実施形態によれば、光吸収層または光吸収膜の光応答の大きさおよびサインは、光の入射波長により調整される。

本発明の別の実施形態によれば、デバイスの時間応答は、電極間の間隔を小さくすることによって固定される。

本発明の別の実施形態によれば、デバイスの時間応答は、μｍ間隔の電極と比較してナノ溝形状を用いることによって固定される。

本発明の別の実施形態によれば、光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタの時間応答は、ゲートバイアスにより調整または制御される。

本発明の別の実施形態によれば、光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタの時間応答は、光の入射波長に依存する。

本発明の別の実施形態によれば、光伝導体、光ダイオードまたは光トランジスタの時間応答は、１ｓ未満（好ましくは１００ｍｓ未満、より好ましくは１０ｍｓ未満、さらにより好ましくは１ｍｓ未満）である。

別の実施形態によれば、光検出器の光応答の大きさ、サインおよび持続時間は、ゲートバイアスによって調整または制御される。

別の実施形態によれば、光検出器の光応答の大きさ、サインおよび持続時間は、入射波長に依存する。

図１は、小さなＨｇＳｅＱＤの透過型電子顕微鏡観察の画像を表す。図２は、大きなＨｇＳｅＱＤの透過型電子顕微鏡観察の画像を表す。図３は、小さなＨｇＳｅＱＤおよび大きなＨｇＳｅＱＤの赤外線吸収スペクトルを表す。図４は、異なるサイズの小さなＨｇＳｅＱＤおよび大きなＨｇＳｅＱＤの吸光度スペクトルを表す。波長の範囲は、バンド内遷移を強調するように選択される。図５は、ＨｇＳｅＣＱＤのＸＲＤディフラクトグラムを表す。図６は、小さなＨｇＳｅＱＤの大規模バッチの画像を表す。この合成により、１０ｇ超の固体のＱＤを得た。ａ．合成後のＨｇＳｅＣＱＤの赤外スペクトル；ｂ．液相配位子交換後。ａ．異なる配位子での配位子交換の後のＨｇＳｅＣＱＤの赤外スペクトル；ｂ．異なる表面キャッピング配位子についての表面双極子の大きさの関数としての伝導帯１ｓ状態の数。図８は、薄いＨｇＳｅＣＱＤ膜に基づくデュアル（ボトムおよび電解）ゲート型トランジスタの模式図である。図９は、異なるゲートバイアスの下でのＨｇＳｅＱＤの薄膜についての電圧の関数としての電流を表す。図１０のａは、Ａｓ _２Ｓ _３配位子でキャッピングされたＨｇＳｅＣＱＤでチャネルができているトランジスタについてのゲート電圧の関数としてのドレイン電流を示す。このデバイスは、１０ｍＶのドレインバイアスの下で室温にて空気中で稼働される。ｂは、同じ材料でできている広範囲の膜について推定された移動度のヒストグラムである。図１１は、ＨｇＳｅＱＤの薄膜におけるノイズ電流密度を表す。図１２は、１．５μｍレーザーによって照明されたＨｇＳｅＱＤの薄膜の光応答を表す。図１３は、ＨｇＳｅＱＤの薄膜から作製されたピクセルの走査型電子顕微鏡観察画像を表す。

以下の実施例によって本発明がさらに説明される。

実施例１：ＨｇＳｅナノ結晶の合成−２段階合成
５０ｍＬの三つ口フラスコ内で２ｇの酢酸水銀（Ｈｇ（ＯＡｃ） _２）および８０ｍＬのオレイン酸を８５℃にて真空下で３０分間脱気する。得られたストック溶液は、透明で黄色がかっている。４ｍＬのこの溶液を１０ｍＬのオレイルアミンと混合し、８５℃にて３０分間脱気する。同時に、１．５８ｇのＳｅ粉末を超音波処理によって２０ｍＬのトリオクチルホスフィンに溶解させる（ＴＯＰＳｅ）。最終的な溶液は清澄で透明である。６０〜１３０℃の温度のＡｒ下で、Ｈｇ前駆体を含むフラスコ内に１ｍＬのＴＯＰＳｅを注入する。この混合物は、すぐに黒くなる。反応は、３０秒間〜６０分間実施する。次いで、１ｍＬのドデカンチオールを注入して反応をクエンチし、新鮮な空気流を用いてフラスコを急速に冷却する。フラスコの内容物を５０ｍＬのチューブに分け、エタノールを添加してナノ粒子を沈殿させる。５０００ｒｐｍにて５分間の遠心分離の後、清澄な上清を捨て、ペレットを１０ｍＬの清澄なトルエンに再溶解させる。非溶媒としてエタノールを、良溶媒としてトルエンを用いて、この洗浄手順をもう一度繰り返す。再びペレットをトルエンに再溶解させ、３ｍＬのアセトンを添加した後、この溶液を遠心分離する。形成されたペレットを保存し、窒素気流下で乾燥させた後、トルエンに再溶解させる。５ｍＬのエタノールを上清に添加し、これをさらに遠心分離して第２のペレットを形成させる。後者も乾燥させ、トルエンに再溶解させる。最後に、２０ｍＬのエタノールを用いて残りのナノ結晶を上清中に沈殿させ、この第３の画分を、最初の２つの画分のようにさらに処理する。得られたナノ結晶は、１０ｎｍ未満のサイズであり（図１を参照のこと）、３〜７μｍの範囲の光学的特徴を有する（バンド内励起ピークで；図３および図４を参照のこと）。それらのＣＱＤの結晶性は、ＸＲＤのパターンによって強調される（図５を参照のこと）。

実施例２：ＨｇＳナノ結晶の合成−２段階合成
５０ｍＬの三つ口フラスコ内で２ｇの酢酸水銀および８０ｍＬのオレイン酸を８５℃にて真空下で３０分間脱気する。得られたストック溶液は、透明で黄色がかっている。４ｍＬのこの溶液を１０ｍＬのオレイルアミンと混合し、８５℃にて３０分間脱気する。同時に、１１ｍｇの硫黄粉末を超音波処理によって３ｍＬのオレイルアミンに溶解させる。最終的な溶液は清澄かつオレンジ色である。６０〜１２０℃の温度のＡｒ下で、Ｈｇ前駆体を含むフラスコ内に硫黄の溶液を注入する。この混合物は、すぐに黒くなる。反応は、３０秒間〜６０分間実施する。次いで、１ｍＬのドデカンチオールを注入して反応をクエンチし、新鮮な空気流を用いてフラスコを急速に冷却する。フラスコの内容物を５０ｍＬのチューブに分け、エタノールを添加してナノ粒子を沈殿させる。５０００ｒｐｍにて５分間の遠心分離の後、清澄な上清を捨て、ペレットを１０ｍＬの清澄なトルエンに再溶解させる。非溶媒としてエタノールを、良溶媒としてトルエンを用いて、この洗浄手順をもう一度繰り返す。再びペレットをトルエンに再溶解させ、３ｍＬのアセトンを添加した後、この溶液を遠心分離する。形成されたペレットを保存し、窒素気流下で乾燥させた後、トルエンに再溶解させる。５ｍＬのエタノールを上清に添加し、これをさらに遠心分離して第２のペレットを形成させる。後者も乾燥させ、トルエンに再溶解させる。最後に、２０ｍＬのエタノールを用いて残りのナノ結晶を上清中に沈殿させ、この第３の画分を、最初の２つの画分のようにさらに処理する。

実施例３：ＨｇＳｅナノ結晶の合成−準１段階
２５ｍＬの三つ口フラスコ内で０．１ｇの酢酸水銀、４ｍＬのオレイン酸および１０ｍＬのオレイルアミンを真空下で８５℃にて３０分間脱気する。この溶液は、清澄で黄色がかっている。同じ温度のＡｒ下で、０．３ｍＬのＴＯＰＳｅ（１Ｍ）を迅速に注入する。この溶液は、すぐに黒くなる。次いで、１ｍＬのドデカンチオールを注入して反応をクエンチし、新鮮な空気流を用いてフラスコを急速に冷却する。フラスコの内容物を５０ｍＬのチューブに分け、エタノールを添加してナノ粒子を沈殿させる。５０００ｒｐｍにて５分間の遠心分離の後、清澄な上清を捨て、ペレットを１０ｍＬの清澄なトルエンに再溶解させる。非溶媒としてエタノールを、良溶媒としてトルエンを用いて、この洗浄手順をもう一度繰り返す。再びペレットをトルエンに再溶解させ、３ｍＬのアセトンを添加した後、この溶液を遠心分離する。形成されたペレットを保存し、窒素気流下で乾燥させた後、トルエンに再溶解させる。５ｍＬのエタノールを上清に添加し、これをさらに遠心分離して第２のペレットを形成させる。後者も乾燥させ、トルエンに再溶解させる。最後に、２０ｍＬのエタノールを用いて残りのナノ結晶を上清中に沈殿させ、この第３の画分を、最初の２つの画分のようにさらに処理する。

実施例４：小さなＨｇＳｅナノ結晶の大規模合成
１Ｌの自動リアクター内で１０ｇのＨｇ（ＯＡｃ） _２を２００ｍＬのオレイン酸に溶解させる。フラスコを真空下で８５℃にて１５分間脱気する。次いで、０．５Ｌのオレイルアミンを添加し、同じ温度でフラスコをさらに脱気する。雰囲気をＡｒに変更し、温度を８５℃に調整する。同時に、４０ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）中で３．１６ｇのＳｅ粉末を超音波処理することによって４０ｍＬのＴＯＰＳｅ（１Ｍ）を調製する。３２ｍＬのＴＯＰＳｅ溶液をリアクター内に迅速に注入し、ポット全体が黒くなる。反応を１５分間続けた後、５ｍｌのドデカンチオールおよび１ｍＬのＴＯＰの添加によってクエンチする。フラスコの内容物を２Ｌのエルレンマイヤー内で同体積のメタノールと混合する。次いで、この溶液を濾過する。得られた固体を、ヘキサンおよびメタノールを用いてさらに洗浄する。１０．８ｇ超の固体を得た（図６を参照のこと）。最終貯蔵は、トルエン中で行う。

実施例５：大きなＨｇＳｅナノ結晶の合成
１５００ｃｍ ^−１未満の光学的特徴を有する、より大きなナノ結晶（図２を参照のこと）については、以下の手順を開発した。２５ｍＬの三つ口フラスコ内で１００ｍｇのＨｇ（ＯＡｃ） _２を４ｍＬのオレイン酸および１０ｍＬのオレイルアミンに溶解させる。フラスコを真空下で８５℃にて３０分間脱気する。雰囲気をＡｒに変更し、期待される最終的なナノ結晶のサイズに応じて温度を６０〜１３０℃に調整する。同時に、０．１３ｇのＳｅＳ _２を２ｍＬのオレイルアミンに超音波処理下で溶解させる。この褐色の混合物をフラスコ内に注入し、色が黒くなる。１〜６０分後、１ｍＬのドデカンチオールを用いて反応をクエンチする。加熱マントルを取り除き、新鮮な空気流を用いてフラスコを冷却する。エタノールの添加によってナノ結晶を沈殿させる。遠心分離の後、形成されたペレットをトルエンに再溶解させる。この洗浄手順をさらに２回繰り返す。ナノ粒子は、トルエン中で保存する。しかし、それらのサイズが大きいため（２０ｎｍ）、それらのコロイド安定性は制限される。得られたナノ結晶は、１０ｎｍ超のサイズであり（図２を参照のこと）、７〜２５μｍの範囲の光学的特徴を有する（バンド内励起ピークで；図３および図４を参照のこと）。

硫黄系の前駆体を使用するにもかかわらず、最終化合物中に硫黄の形跡は見当たらない。Ｘ線回折は、Ｓｅ前駆体としてＴＯＰＳｅを用いて得られる材料と同じピークを提示する（図５を参照のこと）。さらに、ＥＤＳのデータが導く硫黄含有量は、全くないか、または極端に限られた（数％の）硫黄含有量であり、これは、配位子として使用されるチオールと一致する。この結果は、ＴＯＰＳｅの代わりにＴＯＰＳを用いて小さなＨｇＳｅＣＱＤの合成を実施すると前述の条件の場合には反応が起こらないという事実と一致するようである。

実施例６：ＨｇＳｅＴｅナノ結晶の合成
５０ｍＬの三つ口フラスコ内で２ｇの酢酸水銀および８０ｍＬのオレイン酸を８５℃にて真空下で３０分間脱気する。得られたストック溶液は、透明で黄色がかっている。８ｍＬのこの溶液を２０ｍＬのオレイルアミンと混合し、８５℃にて３０分間脱気する。同時に、１．５８ｇのＳｅ粉末を２０ｍＬのトリオクチルホスフィンに超音波処理によって溶解させる。最終的な溶液は清澄で透明である。グローブボックス内で１．２７ｇのテルル（Ｔｅ）粉末を１０ｍＬのＴＯＰに溶解させ、２日間撹拌する。最終的なＴＯＰＴｅ溶液は黄色で清澄である。８５℃のＡｒ下で、Ｈｇ前駆体を含むフラスコ内に１ｍＬのＴＯＰＳｅを注入する。この混合物は、すぐに黒くなる。直ちにＴＯＰＴｅ前駆体の滴下を開始し、３０分かけて注入する。３０分後、２ｍＬのドデカンチオールを注入して反応をクエンチし、新鮮な空気流を用いてフラスコを急速に冷却する。フラスコの内容物を５０ｍＬのチューブに分け、エタノールを添加してナノ粒子を沈殿させる。５０００ｒｐｍにて５分間の遠心分離の後、清澄な上清を捨て、ペレットを１０ｍＬの清澄なトルエンに再溶解させる。非溶媒としてエタノールを、良溶媒としてトルエンを用いて、この洗浄手順をもう一度繰り返す。再びペレットをトルエンに再溶解させ、３ｍＬのアセトンを添加した後、この溶液を遠心分離する。形成されたペレットを保存し、窒素気流下で乾燥させた後、トルエンに再溶解させる。５ｍＬのエタノールを上清に添加し、これをさらに遠心分離して第２のペレットを形成させる。後者も乾燥させ、トルエンに再溶解させる。最後に、２０ｍＬのエタノールを用いて残りのナノ結晶を上清中に沈殿させ、この第３の画分を、最初の２つの画分のようにさらに処理する。

実施例７：ＨｇＳｅ−ＣｄＳコアシェル構造
ＨｇＳｅのコアのナノ結晶上でＣｄＳのシェルを成長させるために、以下の手順を用いる。４ｍＬのバイアル内で３０ｍｇのＮａ _２Ｓを２ｍｌのＮＭＦＡに溶解するまで混合する。次いで、アセトニトリルの添加によりコアを沈殿させて過剰の硫化物を除去し、ＮＭＦＡに再分散させる。次いで、ＮＭＦＡ中の０．２Ｍ酢酸カドミウム５００μｌをバイアルに添加する。ほぼ即時の反応の後、トルエンとアセトニトリルの混合物（５：１）によるナノ結晶の沈殿によって過剰の前駆体を除去する。遠心分離により得られた固体をＮＭＦＡに再溶解させる。この手順を３．５回繰り返す。

実施例８：固体配位子交換
ドデカンチオール配位子でキャッピングされたＨｇＳｅナノ結晶の膜を、９：１のヘキサン・オクタン混合物中に分散させたナノ結晶の溶液をドロップキャストすることによって堆積させる。次いで、この膜を、１体積％のエタンジチオールのエタノール溶液に３０秒間浸漬する。次いで、純粋なエタノールで膜をリンスする。

実施例８−２：固体配位子交換
ドデカンチオール配位子でキャッピングされたＨｇＳｅナノ結晶の膜を、低濃度（０．１〜０．５ｍｇ／ｍＬ ^−１）で９：１のヘキサン・オクタン混合物中に分散させたナノ結晶の溶液をドロップキャストすることによって堆積させる。次いで、この膜を、０．５体積％のエタンジチオールのエタノール溶液に６０秒間浸漬する。次いで、純粋なエタノールで膜をリンスし、乾燥させる。この手順を１０回繰り返して、亀裂の量が非常に限られた薄い均一な膜を構築する。

実施例９：固体配位子交換
ドデカンチオール配位子でキャッピングされたＨｇＳｅナノ結晶の膜を、９：１のヘキサン・オクタン混合物中に分散させたナノ結晶の溶液をドロップキャストすることによって堆積させる。次いで、この膜を、１体積％のＮＨ _４Ｃｌのエタノール溶液に３０秒間浸漬する。次いで、純粋なエタノールで膜をリンスする。

実施例１０：固体配位子交換
ドデカンチオール配位子でキャッピングされたＨｇＳｅナノ結晶の膜を、９：１のヘキサン・オクタン混合物中に分散させたナノ結晶の溶液をドロップキャストすることによって堆積させる。同時に、Ａｓ _２Ｓ _３粉末を（１〜１０ｍｇ／ｍＬの濃度で）プロピルアミンまたはブチルアミンなどの短い液体アミンと混合する。この溶液を超音波処理して清澄な黄色の溶液を得る。この溶液をアセトニトリルで１０倍に希釈する。この溶液にナノ結晶の膜を３０秒間浸漬し、純粋なエタノールでリンスする。最後に、Ａｒ気流を用いて膜を乾燥させる。

実施例１０−２：固体配位子交換
ドデカンチオール配位子でキャッピングされたＨｇＳｅナノ結晶の膜を、９：１のヘキサン・オクタン混合物中に分散させたナノ結晶の溶液をドロップキャストすることによって堆積させる。同時に、固体のＮａ _２ＳまたはＮａＳＨを０．５重量％でエタノールと混合する。この溶液を超音波処理して清澄な溶液を得る。この溶液にナノ結晶の膜を３０秒間浸漬し、純粋なエタノールでリンスする。最後に、Ａｒ気流を用いて膜を乾燥させる。

実施例１１：液体配位子交換
数ｍｇのＮａ _２Ｓを２ｍＬのＮ−メチルホルムアミドに溶解させる。この溶液を２分間超音波処理する。前述の溶液１ｍＬを、ヘキサン中に分散させたＨｇＳｅＱＤ３ｍＬと共に試験管に入れる。この溶液を強く撹拌し、さらに超音波処理する。ナノ粒子の相間移動が起こり、極性相が黒くなる。次いで、ヘキサンを添加して溶液を静置することによって非極性相を３回洗浄する。毎回、清澄な一番上の相を捨てる。最後に、３ｍＬのエタノールを添加し、試験管を３０００ｒｐｍにて３分間遠心分離する。液体を捨て、形成されたペレットを窒素気流下で乾燥させた後、新しいＮ−メチルホルムアミド中に再分散させる。

実施例１２：Ａｓ _２Ｓ _３での液体配位子交換
数ｍｇのＡｓ _２Ｓ _３を１ｍＬのプロピルアミンに溶解させる。この溶液を１分間超音波処理する。最終的な溶液は黄色で清澄である。次いで、この溶液５００μＬを１ｍＬのＮ−メチルホルムアミドと混合する。この溶液を２分間超音波処理する。前述の溶液１ｍＬを、ヘキサン中に分散させたＨｇＳｅＱＤ３ｍＬと共に試験管に入れる。この溶液を強く撹拌し、さらに超音波処理する。ナノ粒子の相間移動が起こり、極性相が黒くなる。次いで、ヘキサンを添加して溶液を静置することによって非極性相を３回洗浄する。毎回、清澄な一番上の相を捨てる。最後に、３ｍＬのエタノールを添加し、試験管を３０００ｒｐｍにて３分間遠心分離する。液体を捨て、形成されたペレットを窒素気流下で乾燥させた後、新しいＮ−メチルホルムアミド中に再分散させる。図７は、配位子交換プロセスによってＨｇＳｅＣＱＤの赤外スペクトルがどのように影響されるかを示す。

実施例１３：Ｓｂ _２Ｓ _３での液体配位子交換
溶液を室温で２４時間撹拌することによって数ｍｇのＳｂ _２Ｓ _３を１ｍＬのエチレンジアミンに溶解させる。ｎ。最終的な溶液は白く、少し濁っている。次いで、この溶液５００μＬを１ｍＬのＮ−メチルホルムアミドと混合する。この溶液を２分間超音波処理する。前述の溶液１ｍＬを、ヘキサン中に分散させたＨｇＳｅＱＤ３ｍＬと共に試験管に入れる。この溶液を強く撹拌し、ヒートガンで溶液を穏やかに加熱しながらさらに超音波処理する。ナノ粒子の相間移動が起こり、極性相が黒くなる。次いで、ヘキサンを添加して溶液を静置することによって非極性相を３回洗浄する。毎回、清澄な一番上の相を捨てる。最後に、３ｍＬのエタノールを添加し、試験管を３０００ｒｐｍにて３分間遠心分離する。液体を捨て、形成されたペレットを窒素気流下で乾燥させた後、新しいＮ−メチルホルムアミド中に再分散させる。

実施例１４：原子層堆積（ＡＬＤ）封入
ドデカンチオール配位子でキャッピングされたＨｇＳｅナノ結晶の膜を、９：１のヘキサン・オクタン混合物中に分散させたナノ結晶の溶液をドロップキャストすることによって堆積させる。次いで、この膜を、１体積％のアンモニアのエタノール溶液に３０秒間浸漬する。次いで、純粋なエタノールで膜をリンスする。次いで、膜をＡＬＤ装置内に入れ、一次真空（primary vacuum）下に置く。次いで、膜をジエチル亜鉛と水の流れに順次に曝露させる。それぞれの曝露の後に、少なくとも１分の待機工程が続く。１０層のＺｎＯを堆積させ、最後に膜を７０℃で１０分間加熱する。

実施例１５：電極の製作
４００ｎｍのＳｉＯ _２の最上層を有するｎ型ドープされたシリコンウェハーを１×１ｃｍ ^２の断片に切り分ける。次いで、この基板を超音波処理によってアセトン中で５分間リンスし、さらにイソプロパノール流の下でリンスする。次いで、基板をＯ _２プラズマの下で５分間処理する。スピンコーティングを用いて感光性レジストＡＺ５２１４を堆積させる。さらに、このレジストを１１０℃のホットプレートの下で９０秒間加熱する。ＵＶリソグラフィマスクを用いて電極のパターンを２秒間照射する。１２５℃のホットプレート上での２回目のウェハーのベークを２分間行う。次いで、ＵＶフラッド露光（UV flood exposure）を４０秒間行う。最後に、膜をＡＺ３２６現像液に３２秒間浸漬することによってレジストを現像する。次いで、熱蒸発器（thermal evaporator）によって３ｎｍのＣｒおよび４０ｎｍの金を堆積させる。最後に、基板をアセトンに１時間浸漬した後に電極をイソプロパノールでリンスすることによって、リフトオフを行う。

実施例１６：透明で柔軟な電極の製作
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上にコーティングされたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）（６０Ω／ｃｍ ^２の抵抗を有する約８０ｎｍのコーティング）のシートは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入する。アセトン、次いでイソプロパノールを用いて膜をリンスした後、乾燥させる。ＡＺ５２１４Ｅレジストをスピンコーティングした後、１１０℃のホットプレート上で９０秒間ベークする。次いで、シャドーマスクを通して膜をＵＶに４秒間曝露させる。次いで、レジストをＡＺ７２６中で４５秒間現像し、純水でリンスする。次いで、裸のＩＴＯを、２５％のＨＣｌ溶液を用いて１５秒間エッチングした後、迅速に純水でリンスする。基板をアセトンに５分間浸漬した後にイソプロパノールで膜をリンスすることによって、レジストのリフトオフを行う。設計された電極は、５０μｍの間隔を有する互いにかみ合った電極である。それぞれの電極自体は、５０μｍの大きさであり、１ｍｍの長さである。総有効面積は１ｍｍ ^２である。電解質ゲーティングのためにサイドゲート電極も存在する。

実施例１７：ナノ溝の製作
標準的な光リソグラフィまたは電子ビームリソグラフィのいずれかを用いてＳｉ／ＳｉＯ _２ウェハー上に第１の電極を作製する。典型的な作製では、スピンコーティングによってウェハー上にＡＺ５２１４Ｅレジストを堆積させる。次いで、ウェハーを１１０℃で９０秒間ベークする。リソグラフィマスクを用いた第１のＵＶ露光を数秒間行う。次いで、膜を１２５℃にて２分間、さらにベークする。次いで、電子蒸発器（electron evaporator）を用いてＴｉ（５ｎｍ）および金の層（５４ｎｍ）を蒸発させることによって金属堆積物に処理する。最後に、基板をアセトンに１２時間浸漬した後に電極をイソプロパノールでリンスすることによって、リフトオフを行う。同じリソグラフィ手順を用いて第２のパターンを作製する。第２の金属蒸着は、第１の電極が第２のパターンの一部を陰にするようにサンプルを６０℃傾けながら行う。この場合、５ｎｍのＣｒおよび５０ｎｍの金を堆積させる。このシャドー効果は、数十ナノメートルのスケールでのナノギャップの形成を可能にする。

実施例１８：単極障壁を有する光検出器
典型的には２ｍｍの長さであり２０μｍ離間している、２つの電極をＳｉ／ＳｉＯ _２ウェハー上に設計した。次いで、一方の電極を高バイアスＤＣ源に接続する。基板は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で被覆された１ｃｍ ^２のガラススライドに面している。この第２の電極は、ＤＣ高バイアス電圧源の負極側に接続される。２つの電極およびＩＴＯ被覆電極で機能化された基板をＣｄＴｅＮＰＬの溶液に浸漬する。４００Ｖの電圧を３０秒間印加する。正極上でのＣｄＴｅの堆積が観察される。そして、２つの電極を有する基板をＮａ _２Ｓのエタノール溶液に１分間浸漬した後、純粋なエタノールでリンスする。最後に、空気流の下で電極を乾燥させる。次いで、３００℃にて１時間、ホットプレート上で電極をアニールする。次いで、Ａｓ _２Ｓ _３でキャッピングされたＨｇＳｅナノ粒子を、機能化された電極上にドロップキャストし、グローブボックス内のホットプレート上で１００℃にて１０分間加熱する。

実施例１９：光伝導素子の製作
グローブボックス内において１００℃のホットプレート上で、Ａｓ _２Ｓ _３でキャッピングされたＨｇＳｅＣＱＤを電極上にドロップキャストする。

実施例２０：電解質の製作
Ａｒを充填したグローブボックス内のホットプレート上で１７０℃にて２時間、５０ｍｇのＬｉＣｌＯ _４を２３０ｍｇのＰＥＧと混合する。

実施例２１：バックゲート型トランジスタの製作
グローブボックス内において１００℃のホットプレート上で、Ａｓ _２Ｓ _３でキャッピングされたＨｇＳｅＣＱＤを電極上にドロップキャストする。膜が乾燥したら、保護層として純粋なポリエチレングリコールを刷毛塗りする。

実施例２２：デュアルゲート型トランジスタの製作
グローブボックス内において１００℃のホットプレート上で、Ａｓ _２Ｓ _３でキャッピングされたＨｇＳｅＣＱＤを電極上にドロップキャストする。同時に、電解質を１００℃で軟化させる。融解した電解質は清澄であり、これをＣＱＤの膜の上に刷毛塗りする。次いで、電解質の上に銅グリッドを堆積させるが、これはトップゲートとして使用できる。このデバイスの模式図を図８に示す。デバイスの印加電圧の関数としての電流を図９に示す。デバイスの印加ゲートバイアスの関数としての電流を図１０に示す。図１１では、デバイスのノイズがプロットされている。周波数の関数としてのシステムの光応答を図１２に示す。

実施例２３：ピクセルを設計するためのリソグラフィ
Ａｓ _２Ｓ _３でキャッピングされたＨｇＳｅＣＱＤの膜を、清潔なドープされたＳｉウェハー上にドロップキャストする。この膜は、典型的には、１００ｎｍの厚さである。クリーンルーム内で、ＰＭＭＡをスピンコーティングし、１６０℃にて１５分間ベークする。６．４ｎＡの電流および２０ｋＶの電子加速を用いてｅ−ビームライティングを実施する。メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）：イソプロパノール（ＩＰＡ）の混合物を用いて膜を現像し、純粋なイソプロパノールでリンスする。ナノ結晶の膜のエッチングは、５分間実行されるＯ _２プラズマによって生じる。最後に、純粋なアセトンに膜を５分間浸漬することによってレジストを除去する。この膜を純粋なＩＰＡでさらにリンスし、乾燥させる。この方法は、２０μｍと６０μｍのピッチを有するピクセルのアレイの設計を可能にする（図１３を参照のこと）。