KR101813689B1 - 반도체 나노 결정의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 나노 결정 및 이를 제조하는 방법이 제공된다. 반도체 나노 결정은 베어(bare) 반도체 나노 결정, 및 상기 베어 반도체 나노 결정에 직접 결합되어 있는 물분자를 포함한다.

Description

반도체 나노 결정의 제조 방법 {Preparation Method of Semiconductor Nanocrystal}
반도체 나노 결정의 제조 방법이 제공된다.
반도체 나노 결정(semiconductor nanocrystal, quantum dot 이라고도 함)은 수 나노 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되어 있다. 반도체 나노 결정은 크기가 매우 작기 때문에 단위 부피당 표면적이 넓고, 양자 구속(quantum confinement) 효과 등을 나타낸다. 따라서 반도체 물질 자체의 고유한 특성과는 다른 독특한 물리화학적 특성을 나타낸다.
특히, 나노 결정의 크기를 조절하는 방법 등을 통하여 나노 결정의 광전자로서의 특성을 조절할 수 있으며, 디스플레이 소자 또는 생체 발광 소자 등으로의 응용 개발이 이루어지고 있다. 아울러 중금속을 함유하지 않은 반도체 나노 결정은 환경 친화적이며 인체에 안전하기 때문에 발광 재료로서 다양한 장점을 가진다.
본 발명의 일 구현예는 발광 효율이 높은 반도체 나노 결정을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 구현예는 반도체 나노 결정을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 구현예는 반도체 나노 결정 복합체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 구현예는 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 베어(bare) 반도체 나노 결정, 및 상기 베어 반도체 나노 결정에 직접 결합되어 있는 물분자를 포함한다.
상기 베어 반도체 나노 결정에 물분자가 배위 결합할 수 있다.
상기 베어 반도체 나노 결정은 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 유기 리간드가 더 결합되어 있을 수 있다.
[화학식 1]
X-(R)n-(Y)m
상기 화학식 1에서, R은 C1 내지 C30의 알킬렌기; C6 내지 C30의 아릴렌기; C6 내지 C30의 헤테로아릴렌기; C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기; C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐렌기; C2 내지 C30의 알키닐렌기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 지환족기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 지환족기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기또는 이들의 혼합에서 선택되는 것이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이고, X는 S, SH, P, P=O, PO3, NH, H2N, CN, NCO, O, 할로겐, 아실 할라이드, COO, COOH, H, OH 또는 이들의 혼합에서 이루어지는 군에서 선택되는 것이고, Y는 SH, NH, H2N, COO, H, OH, 및 PO3H 로 이루어지는 군에서 선택되는 것이고, m은 1 이상의 정수이다.
상기 화학식 1에서 n은 0 또는 1 내지 5의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서 Y는 Y는 SH, NH, 및 H2N로 이루어지는 군에서 선택될 수도 있다.
상기 베어 반도체 나노 결정은 코어 구조 또는 코어/쉘 구조일 수 있다.
상기 코어는 II-VI족 반도체, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 쉘은 II-VI족 반도체 물질, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질을 포함할 수 있다.
베어 반도체 나노 결정에 -OH, -O, 또는 -H 작용기 중 한 개 이상이 결합할 수 있다. 상기 작용기는 상기 베어 반도체 나노 결정에 포함되어 있는 금속 원자에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 III-V족 반도체를 core에 포함하고, 발광 효율이 50 % 이상이며, 구체적으로 발광 효율은 70 % 이상일 수 있다.
상기 반도체 나노 결정의 반측폭은 60 nm 이하일 수 있으며, 구체적으로, 반측폭은 55nm이하, 50nm이하, 또는 45 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 제조 방법은 1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계를 포함한다. 상기 1차 반도체 나노 결정에 대한 물의 중량비는 1~100일 수 있다. 구체적으로 상기 1차 반도체 나노 결정에 대한 물의 중량비는 1~10일 수 있다.
상기 1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계는 유기 용매와 1차 반도체 나노 결정을 포함하는 반도체 나노 결정 용액을 준비하고, 상기 반도체 나노 결정 용액에 물을 추가하는 것을 포함할 수 있다. 상기 반도체 나노 결정 용액 100 부피부에 대하여 상기 물은 0.01 부피부 이상 100 부피부 미만일 수 있다.
상기 1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계는 불활성 기체 분위기 하에서 진행될 수 있다.
상기 반도체 나노 결정의 제조 방법은 상기 반도체 나노 결정에 빛을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 빛은 반도체 나노 결정의 에너지 밴드갭 이상에 해당하는 에너지를 가질 수 있다. 상기 빛은 반도체 나노 결정의 발광 파장보다 짧은 파장을 가질 수 있다.
상기 1차 반도체 나노 결정에 극성 화합물을 더 혼합할 수 있다. 상기 극성 화합물은 물 대비 0.1 내지 10의 부피비로 사용될 수 있다.
상기 1차 반도체 나노 결정은 코어 구조 또는 코어/쉘 구조를 가질 수 있다.
상기 1차 반도체 나노 결정은 표면에 상기 화학식 1로 표시되는 유기 리간드가 더 결합된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 반도체 나노 결정 복합체는 매트릭스 내에 상기 반도체 나노 결정이 위치한다. 상기 매트릭스는 폴리비닐알코올 (poly(vinyl alcohol)), 폴리비닐카르바졸 (poly(vinyl carbazol)), 폴리비닐플르오라이드 (poly(vinyl fluoride)), 폴리메틸비닐에테르 (poly methyl vinyl ether), 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌 (polypropylene), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리비닐피리딘 (poly(vinyl pyridine)), 폴리에틸렌옥사이드 (poly(ethylene oxide)), 폴리알킬아크릴레이트 (poly alkylacrylate), 폴리 실란 (poly(silane)), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리실록산, 아크릴레이트, 실리콘, 에폭시, 타이타니아, 실리카, 알루미나, 지르코니아 (zirconia), 인듐-틴-옥사이드 (indium tin oxide), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 발광 소자는 상기 반도체 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 발광 소자이다. 상기 발광 소자는 두 개의 전극을 포함하고, 상기 두 전극 사이에 반도체 나노 결정을 포함하는 것일 수 있다. 상기 발광 소자는 광원 및 상기 광원 위에 반도체 나노 결정을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 발광 효율 등이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정을 포함하는 전류구동형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 광 전환형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 단면을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 베어(bare) 반도체 나노 결정, 및 상기 베어 반도체 나노 결정에 직접적으로 결합(directly linking)되어 있는 물분자를 포함한다. 여기서, 상기 베어 반도체 나노 결정은 반도체 물질로 된 수 nm미터 크기(예를 들어, 약 1~20 nm) 결정이다.
상기에서 물분자는 베어 반도체 나노 결정의 표면 또는 내부에 배위 결합을 통해 결합될 수 있다. 예컨대, 베어 반도체 나노 결정에는 결함이 존재하고, 그 결함에 물분자가 배위 결합될 수 있다. 이러한 물분자는 베어 반도체 나노 결정을 보호(passivation)하여, 반도체 나노 결정은 초기 발광 파장 및 반측폭을 그대로 유지하면서 높은 양자 효율 가질 수 있다.
베어 반도체 나노 결정에 물분자로부터 유래된 작용기가 결합되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 베어 반도체 나노 결정에 -OH, -O, 또는 -H 작용기 중 한 개 이상이 결합될 수 있다. 예를 들어, 반도체 나노 결정에 금속 원자인 Zn이 있다면, 복수개의 Zn 원소 중 유기물 또는 다른 금속 원자와 결합하지 않은 Zn 원자의 적어도 일부는 -OH, -O, 또는 -H와 결합하여 Zn-O, Zn-H결합을 형성할 수 있다.
베어 반도체 나노 결정은 코어 구조 또는 코어/쉘 구조일 수 있다. 여기서 코어 구조는 쉘 없이 코어로만 이루어진 구조를 뜻하며, 코어/쉘 구조는 코어와 그 코어를 둘러싸고 있는 1 개 이상의 쉘로 이루어진 구조를 뜻한다.
베어 반도체 나노 결정의 코어는 II-VI족 반도체, III-V족 반도체, IV족 반도체, 또는 IV-VI족 반도체일 수 있다. 도 1에서 예시된 코어는 InP이다.
II족 원소는 Zn, Cd, Hg 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, III족 원소는 Al, Ga, In, Ti 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, IV족 원소는 Si, Ge, Sn, Pb 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, V족 원소는 P, As, Sb, Bi 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, VI족 원소는 O, S, Se, Te 또는 이들이 조합이 사용될 수 있다.
베어 반도체 나노 결정의 쉘은 II-VI족 반도체, III-V족 반도체, IV족 반도체, 또는 IV-VI족 반도체일 수 있다. 도 1에 예시된 쉘은 ZnS이다. 쉘의 결함에서 반도체 나노 결정의 코어의 표면과 물분자가 결합될 수 있다. 또는 쉘 표면에 물분자가 결합될 수도 있다.
베어 반도체 나노 결정이 코어/쉘 구조를 가지는 경우, 베어 반도체 나노 결정의 코어를 베어 반도체 나노 결정의 쉘과 물분자가 함께 치밀하게 둘러쌀 수 있고, 이에 따라 반도체 나노 결정의 양자 효율을 더욱 높일 수 있다.
반도체 나노 결정은 베어 반도체 나노 결정의 표면에 결합되는 유기 리간드를 더 포함할 수 있다. 유기 리간드는 베어 반도체 나노 결정과 물리적 또는 화학적 결합이 가능한 것으로, 주로 비공유 전자쌍을 가지고 있거나, 또는 금속물질과 착화합물을 형성할 수 있는 작용기를 가진 물질일 수 있다. 예를 들어, 작용기는 티올기, 아민기, 카르복실기, 포스핀기, 포스핀 옥사이드기, 또는 이들의 조합일 수 있다. 유기 리간드는 대략 10 내지 100,000 범위의 중량평균 분자량, 또는 100 내지 1,000의 중량평균 분자량을 가지는 치환 또는 비치환된 탄화수소 화합물일 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 화합물은 알칸, 알켄, 알킨, 방향족 탄화수소, N, O, S 등을 포함한 헤테로 고리화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유기 리간드는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
X-(R)n-(Y)m
상기 화학식 1에서, R은 C1 내지 C30의 알킬렌기; C6 내지 C30의 아릴렌기; C6 내지 C30의 헤테로아릴렌기; C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기; C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐렌기; C2 내지 C30의 알키닐렌기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 지환족기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 지환족기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기 또는 이들의 혼합에서 선택되는 것이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이고, X는 S, SH, P, P=O, PO3, NH, H2N, CN, NCO, O, 할로겐, 아실 할라이드, COO, COOH, H, OH 또는 이들의 혼합에서 이루어지는 군에서 선택되는 것이고, Y는 SH, NH, H2N, COO, H, OH, 및 PO3H 로 이루어지는 군에서 선택되는 것이고, m은 1 이상의 정수이다.
상기 화학식 1에서 n은 0 또는 1 내지 5의 정수이고, m은 1 내지 10의 정수일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서 Y는 Y는 SH, NH, 및 H2N로 이루어지는 군에서 선택될 수도 있다.
상기에서 X는 베어 반도체 나노 결정과 물리적 또는 화학적으로 결합될 수 있는 작용기일 수 있다.
유기 리간드의 구체적인 예로는 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올 등의 티올; 머캅토 메탄올, 머캅토 에탄올, 머캅토 프로판올, 머캅토 부탄올, 머캅토 펜탄올, 머캅토 헥산올 등의 머캅토 스페이서 알코올; 머캅토 아세트산, 머캅토 프로피온산, 머캅토 부탄산, 머캅토 헥산산, 머캅토 헵탄산 등의 머캅토 스페이서 카르본산; 머캅토 메탄 술폰산, 머캅토 에탄 술폰산, 머캅토 프로판 술폰산, 머캅토 벤젠 술폰산 등의 머캅토 스페이서 술폰산; 머캅토 메탄 아민, 머캅토 에탄 아민, 머캅토 프로판 아민, 머캅토 부탄 아민, 머캅토 펜탄 아민, 머캅토 헥산 아민, 머캅토 피리딘 등의 머캅토 스페이서 아민; 머캅토 메틸 티올, 머캅토 에틸 티올, 머캅토 프로필 티올, 머캅토 부틸 티올, 머캅토 펜틸 티올 등의 머캅토 스페이서 티올; 메탄 아민, 에탄 아민, 프로판 아민, 부탄 아민, 펜탄 아민, 헥산 아민, 옥탄 아민, 도데칸 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디피리필 아민 등의 아민; 아미노 메탄올, 아미노 에탄올, 아미노 프로판올, 아미노 부탄올, 아미노 펜탄올, 아미노 헥산올 등의 아미노 스페이서 알코올; 아미노 아세트산, 아미노 프로피온산, 아미노 부탄산, 아미노 헥산산, 아미노 헵탄산 등의 아미노 스페이서 카르본산; 아미노 메탄 술폰산, 아미노 에탄 술폰산, 아미노 프로판 술폰산, 아미노 벤젠 술폰산 등의 아미노 스페이서 술폰산; 아미노 메탄 아민, 아미노 에탄 아민, 아미노 프로판 아민, 아미노 부틸 아민, 아미노 펜틸 아민, 아미노 헥실 아민, 아미노 벤젠 아민, 아미노 피리딘 등의 아미노 스페이서 아민 또는 디아민; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산, 벤조산 등의 카르복시산; 카르복시산 메탄올, 카르복시산 에탄올, 카르복시산 프로판올, 카르복시산 부탄올, 카르복시산 펜탄올, 카르복시산 헥산올 등의 카르복시산 스페이서 알코올; 카르복시산 메탄 술폰산, 카르복시산 에탄 술폰산, 카르복시산 프로판 술폰산, 카르복시산 벤젠 술폰산 등의 카르복시산 스페이서 술폰산, 카르복시산 메탄 카르복시산, 카르복시산 에탄 카르복시산, 카르복시산 프로판 카르복시산, 카르복시산 프로판 카르복시산, 카르복시산 벤젠 카르복시산 등의 카르복시산 스페이서 카르복시산; 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀 등의 포스핀; 포스핀 메탄올, 포스핀 에탄올, 포스핀 프로판올, 포스핀 부탄올, 포스핀 펜탄올, 포스핀 헥산올 등의 포스핀 스페이서 알코올; 포스핀 메탄 술폰산, 포스핀 에탄 술폰산, 포스핀 프로판 술폰산, 포스핀 벤젠 술폰산 등의 포스핀 스페이서 술폰산; 포스핀 메탄 카르복시산, 포스핀 에탄 카르복시산, 포스핀 프로판 카르복시산, 포스핀 벤젠 카르복시산 등의 포스핀 스페이서 카르복시산; 포스핀 메탄 아민, 포스핀 에탄 아민, 포스핀 프로판 아민, 포스핀 벤젠 아민 등의 포스핀 스페이서 아민; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드 등의 포스핀 옥사이드; 포스핀 옥사이드 메탄올, 포스핀 옥사이드 에탄올, 포스핀 옥사이드 프로판올, 포스핀 옥사이드 부탄올, 포스핀 옥사이드 펜탄올, 포스핀 옥사이트 헥산올 등의 포스핀 옥사이드 알코올; 포스핀 옥사이드 메탄 술폰산, 포스핀 옥사이드 에탄 술폰산, 포스핀 옥사이드 프로판 술폰산, 포스핀 옥사이드 벤젠 술폰산 등의 포스핀 옥사이드 스페이서 술폰산; 포스핀 옥사이드 메탄 카르복시산, 포스핀 옥사이드 에탄 카르복시산, 포스핀 옥사이드 프로판 카르복시산, 포스핀 옥사이드 벤젠 카르복시산 등의 포스핀 옥사이드 스페이서 카르복시산; 포스핀 옥사이드 메탄 아민, 포스핀 옥사이드 에탄 아민, 포스핀 옥사이드 프로판 아민, 포스핀 옥사이드 벤젠 아민 등의 포스핀 옥사이드 스페이서 아민을 들 수 있다. 상기 스페이서의 예로는 탄소수 1 내지 16의 알킬렌, 탄소수 6 내지 24의 아릴렌 등이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 코어로 III-IV 족 반도체를 포함하고, 발광 효율이 50 % 이상이며, 구체적으로 발광 효율은 60% 이상, 또는 70 % 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 80 % 이상일 수 있다. 또한, 반도체 나노 결정의 반측폭은 60nm이하, 55nm이하 또는 50 nm 이하일 수 있으며, 구체적으로 45 nm 이하일 수 있고, 보다 구체적으로 40 nm 이하일 수 있다. 반측폭은 그 값이 더 작을수록, 색 순도가 더 높다. 예를 들어, III-IV 족 반도체를 포함하는 반도체 나노 결정은 발광 피크(peak)의 파장 범위가 510-560 nm이고, 발광 효율은 70 % 이상이고, 반측폭은 45 nm이하일 수 있다. 또는, 발광 피크의 파장범위가 560-580 nm이고, 발광 효율은 70 % 이상이고, 반측폭은 50 nm이하일 수 있다. 또는, 발광 피크의 파장 범위가 580-640 nm이고, 발광 효율은 70 % 이상이고, 반측폭은 60 nm 이하일 수 있다.
그러면, 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 전술한 반도체 나노 결정에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
반도체 나노 결정의 제조 방법은 1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계를 포함한다. 상기 혼합 단계에서 1차 반도체 나노 결정의 수화(hydration)되면서 1차 반도체 나노 결정에 물분자가 결합될 수 있다.
1차 반도체 나노 결정은 물이 결합되지 않은 반도체 나노 결정이며, 당업계의 통상적인 방법, 예컨대 유기 용매 하에서 습식 공정으로 제조될 수 있다. 1차 반도체 나노 결정은 코어 구조 또는 코어/쉘 구조일 수 있다. 여기서, 코어 또는 쉘은 각각 독립적으로 II-VI족 반도체 물질, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질로 구성될 수 있다. 또한, 1차 반도체 나노 결정은 앞에서 설명한 베어 반도체 나노 결정일 수 있으며, 또는 베어 반도체 나노 결정의 표면에 유기 리간드가 결합된 형태일 수 있다. 유기 리간드는 전술한 것처럼 상기 화학식 1로 표시될 수 있다.
물은 1차 반도체 나노 결정 대비 대략 1 ~ 100의 중량비로 사용될 수 있다. 또는 물은 1차 반도체 나노 결정에 대해 소량으로 사용될 수 있으며, 예컨대 1차 반도체 나노 결정 대비 1 ~ 10의 중량비로 사용될 수 있다.
물은 액상 또는 증기 형태일 수 있다.
1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계는 유기 용매와 1차 반도체 나노 결정을 포함하는 반도체 나노 결정 용액을 준비하는 단계, 및 상기 반도체 나노 결정 용액에 물을 추가하는 단계를 포함할 수 있다.
유기 용매는 클로로 벤젠 등의 방향족 용매; 헥산, 옥탄 등의 알칸 용매; 메틸 클로라이드 등의 비극성 용매; 디메틸 포름아미드, 테트라하이드로퓨란 등의 극성 용매 등이 하나 이상일 수 있다.
물은 반도체 나노 결정 용액 100 부피부에 대하여 대략 0.01 부피부 내지 100 부피부, 또는 대략 0.1 부피부 30 부피부, 또는 대략 1 부피부 내지 10 부피부일 수 있다. 이때 반도체 나노 결정 용액은 1차 반도체 나노 결정이 용매 대비 약 1 wt%일 때 광학 밀도(optical density)가 대략 0.01 내지 2인 용액일 수 있다. 광학 밀도는 300 nm에서 1200 nm 정도의 파장을 가지는 여기원에 대한 최초 흡수 최대파장 (first absorption maximum) 에서의 흡수도를 나타낸다.
또는, 상기 1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계는 1차 반도체 나노 결정을 포함하는 파우더, 레이어(layer) 등의 분산체에 물을 뿌리는(spray) 단계를 포함할 수도 있다.
또한, 1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계는 대략 섭씨 10 도 내지 150 도에서 수행될 수 있다. 반응 온도가 상승되면, 반도체 나노 결정의 발광효율이 상승되는 속도가 빨라질 수 있다.
1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합하는 단계는 불활성 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다. 1차 반도체 나노 결정의 급격한 산화를 방지하여 1차 반도체 나노 결정의 물리적, 화학적 특성을 유지할 수 있다. 불활성 기체의 예로는 질소, 아르곤 등이 있다.
1차 반도체 나노 결정에 물과 함께 극성 화합물이 더 혼합될 수 있다. 극성 화합물은 1차 반도체 나노 결정과 물분자의 결합을 용이하게 할 수 있으며, 반도체 나노 결정 용액 상에서는 물분자의 용해도를 증가시킬 수 있다.
극성 화합물의 예로는 통상적으로 사용되는 극성 용매가 사용될 수 있다. 극성 용매는 디메틸 포름아미드 등의 아미드계 극성 용매; 테트라하이드로퓨란 등의 에테르계 극성 용매; 에탄올, 프로판올, 펜탄올, 헥산올 등의 알코올 등이 있으며, 이들이 하나 이상 혼합될 수 있다.
극성 화합물은 소량 사용될 수 있다. 물: 극성 화합물의 부피 비율은 대략 1:0.1 내지 1:10, 나아가 1:0.5 내지 1:5 로 사용될 수 있다. 극성 화합물은 반도체 나노 결정 용액 100 부피부에 대하여 대략 0.1 부피부 내지 100 부피부일 수 있다. 나아가, 극성 화합물 용액은 반도체 나노 결정 용액 100 부피부에 대하여 대략 0.5 부피부 내지 50 부피부일 수 있다.
1차 반도체 나노 결정과 물을 혼합한 후, 빛을 조사할 수 있다. 예를 들어, 대략 1 분 내지 500 시간이 조사될 수 있으며, 반도체 나노 결정의 발광 파장에 따라 빛 조사 시간은 적절하게 조절될 수 있다. 빛 조사를 통해 1차 반도체 나노 결정 표면에 배위된 유기물들이 가역적으로 탈착되거나 배위되는 메커니즘이 가속화되면서, 1차 반도체 나노 결정의 결함에 물 분자가 배위되거나, 1차 반도체 나노 결정 표면의 일부가 산화될 수 있고, 이에 따라 1차 반도체 나노 결정의 구조의 일부가 변화되고 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 조사된 빛 또는 여기 상태에 있는 1차 반도체 나노 결정 표면의 전자 또는 정공에 의해, 물분자가 분해되면서 유기 용매 또는 유기 리간드의 광중합 고분자 반응의 가속화를 유도할 수 있다. 물, 유기 용매 또는 유기 리간드의 광중합으로 아크릴레이트, 올레핀 등의 고분자가 생성될 수 있으며, 이러한 고분자는 반도체 나노 결정을 둘러싸고 있을 수 있다. 이는 반도체 나노 결정을 보호(passivation)함으로써 반도체 나노 결정의 발광 효율, 수명을 높일 수 있다.
조사되는 빛은 1차 반도체 나노 결정의 에너지 밴드갭 이상에 해당하는 에너지를 가질 수 있다. 빛은 1차 반도체 나노 결정의 발광파장 보다 짧은 영역의 파장을 가질 수 있고, 자외선 영역의 빛도 사용될 수 있다. 예를 들어, 대략 600nm 보다 긴 파장을 발광하는 적색의 반도체 나노 결정의 경우 상기 빛은 대략 300nm 내지 590nm에 해당하는 파장을 가질 수 있다. 대략 570nm 내지 590nm에 해당하는 파장을 발광하는 황색의 반도체 나노 결정의 경우 상기 빛은 대략 300nm 내지 560nm에 해당하는 파장을 가질 수 있다. 대략 520nm 내지 565nm 에 해당하는 파장을 발광하는 녹색의 반도체 나노 결정의 경우 상기 빛은 대략 300nm 내지 510nm에 해당하는 파장을 가질 수 있다.
빛의 조사 시간은 1차 반도체 나노 결정의 발광 파장에 따라 적절하게 조절될 수 있으며, 예를 들어, 대략 1 분 내지 500 시간이 조사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 반도체 나노 결정, 유기 용매, 및 물을 포함하고, 유기 용매 100 부피부 대비 물이 약 0.01 부피부 이상 100 부피부 미만인 조성물이다.
물은 유기 용매 100 부피부 대비 대략 0.1 부피부 30 부피부, 또는 대략 1 부피부 내지 10 부피부일 수 있다. 상기 조성물에서 반도체 나노 결정에 대한 물의 중량비는 1-100일 수 있다. 또한, 상기 조성물에서 반도체 나노 결정은 앞서 설명한 베어 반도체 나노 결정의 표면에 유기 리간드가 결합되어 있는 것일 수 있다. 또한, 상기 반도체 나노 결정은 베어 반도체 나노 결정에 물분자가 결합되어 있는 것일 수 있다.
그러면, 반도체 나노 결정 복합체(semiconductor nanocrystal composite)에 대하여 설명한다.
반도체 나노 결정 복합체는 매트릭스 내에 본 발명의 구현예들에 따른 반도체 나노 결정이 위치한다. 매트릭스 내에 반도체 나노 결정이 분산된 형태일 수 있으며, 반도체 나노 결정의 클러스터 형태(cluster)로 분산된 것일 수 있다. 반도체 나노 결정은 고분자로 보호(passivation)된 상태로 매트릭스에 도입될 수 있다.
매트릭스는 유기 물질, 무기 물질 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 반도체 나노결정의 발광특성을 이용하기 위해서는 투명한 특성의 매트릭스를 활용할 수 있으며, 산소 또는 수분의 전달이 용이하지 않은 매트릭스를 활용할 수 있고, 필름이나 시트(sheet) 등의 가공을 위해서는 가공성이 용이한 매트릭스를 활용할 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올 (poly(vinyl alcohol)), 폴리비닐카르바졸 (poly(vinyl carbazol)), 폴리비닐플르오라이드 (poly(vinyl fluoride)), 폴리메틸비닐에테르 (poly methyl vinyl ether), 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌 (polypropylene), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리비닐피리딘 (poly(vinyl pyridine)), 폴리에틸렌옥사이드 (poly(ethylene oxide)), 폴리알킬아크릴레이트 (poly alkylacrylate), 폴리 실란 (poly(silane)), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리실록산, 아크릴레이트, 실리콘, 에폭시 등의 고분자; 타이타니아, 실리카, 알루미나, 지르코니아 (zirconia), 인듐-틴-옥사이드 (indium tin oxide) 등의 무기 물질; 또는 이들의 혼합물이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자에 대하여 설명한다. 도 2를 참고하여 반도체 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 전류 구동형 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
전류 구동형 발광 소자는 두 개의 전극 사이에 발광층을 형성하고, 2 개의 전극으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내로 주입시켜 전자와 정공의 결합에 따른 여기자(exciton)를 생성하고, 이 여기자가 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 광이 발생하는 원리를 이용한 소자이다.
예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 전류 구동형 발광 소자는는 기판(10) 위에 양극(anode)(20)이 위치한다. 상기 양극 물질로는 정공의 주입이 가능하도록 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐 산화물의 투명산화물 등이 사용될 수 있다.
양극(20) 위에는 정공 전달층(hole transport layer, HTL)(30), 발광층(emission layer, EL)(40), 전자 전달층(electron transport layer, ETL)(50)이 차례로 형성되어 있다. 정공 전달층(30)은 p 형 반도체를 포함할 수 있으며, 전자 전달층(50)은 n형 반도체 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 발광층(40)은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 나노 결정을 포함한다.
전자 전달층(50) 위에는 음극(cathode)(60)이 형성되어 있다. 상기 음극 물질로는 통상 전자 전달층(50)으로 전자주입이 용이하도록 일 함수가 작은 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 및 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al, 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층은 본 발명의 구현예들에 따른 반도체 나노 결정을 포함할 수 있다.
양극(20), 정공 전달층(30), 발광층(40), 전자 전달층(50), 및 음극(60) 각각을 제조하는 방법과 이들을 조립하는 방법 자체는 당해 분야에서 널리 알려진 사항이므로 본 명세서에서 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 3을 참고하여 반도체 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 광전환형(light-transforming) 발광 소자에 대하여 설명한다.
광전환형 소자는 광원 및 상기 광원 위에 광전환 발광층을 포함한다. 상기 발광층은 본 발명의 구현예들에 따른 반도체 나노 결정을 포함할 수 있으며, 광원은 발광 다이오드 칩일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 광전환형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
Ag 등으로 이루어진 기판(4)을 준비한다. 기판(4)은 오목부를 포함하고 있다. 기판(4) 위에 청색 또는 자외선 영역에 해당하는 발광 다이오드 칩(3)이 형성되어 있다.
발광 다이오드 칩(3) 위에 반도체 나노 결정(2)를 포함하는 매트릭스(1)가 형성되어 있다. 이때 반도체 나노 결정(2)은 적색, 녹색, 청색 등의 나노 결정일 수 있다. 또한 매트릭스(1)는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 반도체 나노 결정(2)은 매트릭스(1) 내에 분산되고, 기판(4)의 오목부에 도포되어 발광 다이오드 칩(3)을 덮는다.
반도체 나노 결정(2)은 발광 다이오드 칩(3)의 발광 에너지를 흡수한 후, 여기된 에너지를 다른 파장으로 빛으로 내보낸다. 반도체 나노 결정(2)은 발광 파장이 다양하게 조절되며 색순도가 뛰어나다. 예를 들어, 적색 나노 결정과 녹색 나노 결정을 청색 발광 다이오드 칩과 조합하면 하나의 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 또는 적색, 녹색 및 청색 나노 결정과 자외선 발광 다이오드 칩을 조합하면 하나의 백색 발광 다이오드를 제조할 수 있다. 또는 다양한 파장을 발광할 수 있는 나노 결정과 발광 다이오드 칩의 발광파장 흡수도를 조합하면, 여러 가지 파장의 빛을 나타내는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 제조예 1>: Yellow 빛을 발광하는 나노 결정의 제조
인듐 아세테이트(0.2 mmol)를 팔미트 산(0.6 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한 후 10 분 동안 온도를 유지한다. 한편, 0.075 mmol의 트리메틸실릴-3-포스핀과 0.45 mmol의 트리옥틸포스핀, 0.78 mL의 옥타데센을 혼합하여 주입 용액을 제조한다. 진공 상태로 유지한 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 280 ℃로 가열한 후, 가열된 혼합물에 상기 주입 용액을 주입한다. 주입 후 1시간 동안 반응시키고, 상온으로 빠르게 냉각한다. 다음, 냉각된 혼합물에 아세톤을 투입하여 InP 나노 결정을 침전시킨다. 침전물을 톨루엔 1 mL에 용해하여 InP 나노 결정 용액을 제조한다.
아연 아세테이트(0.3 mmol)를 올레인 산(0.6 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한다. 다음, 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 220 ℃로 가열한 후, 가열된 혼합물에0.4 M의 황/트리옥틸포스핀 용액 1.5 mL와 0.2 광학 밀도를 갖는 상기 제조된 InP 나노 결정 용액 1mL 를 주입한다. 다음, 300 ℃까지 가열한 후 1 시간 동안 반응시키고, 상온으로 냉각한다. 냉각된 혼합물에 아세톤을 투입하여 InP/ZnS 나노 결정을 침전시킨다. 침전물을 톨루엔 2 mL에 용해하여 InP/ZnS 나노 결정 용액을 제조한다.
상기 제조예 1에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정의 초기 발광 효율은 63 %, 발광 피크 파장은 573 nm, 반측폭은 46 nm이다. 상기에서 발광 피크 파장은 강도(intensity)가 가장 높은 피크의 파장이다.
<실시예 1-1>
25 ℃의 질소 분위기에서 상기 제조예 1에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액 0.3 mL에 물 0.02 mL를 첨가한 후 그대로 유지한다.
<실시예 1-2>
25 ℃의 질소 분위기에서 상기 제조예 1에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액 0.3 mL에 물 0.02 mL를 첨가한 후 450 nm의 빛을 조사하면서 그대로 유지한다.
<비교예 1-1>
25 ℃의 공기 분위기에서 상기 제조예 1에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액에 물을 첨가하지 않고 그대로 유지한다.
<비교예 1-2>
25 ℃의 공기 분위기에서 상기 제조예 1에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액 에 물을 첨가하지 않고 450 nm의 빛을 조사하면서 그대로 유지한다.
3 시간 및 6 시간 후에 상기 실시예 1-1 및 1-2, 비교예 1-1 및 1-2에서 제조된 용액의 발광 효율, 발광 스펙트럼의 최대 피크를 나타내는 파장과 발광 스펙트럼의 반측폭(full width of half maximum, FWHM)을 측정한다. 각 결과는 하기 표 1에 기재되어 있다. 이때 각 실시예, 비교예는 최종 상태를 3 시간, 6 시간 동안 유지한 후 측정된 값이다.
[표 1]
Figure 112017006446967-pat00001
상기 표 1에 나타난 것처럼, 불활성 기체 분위기에서 물이 첨가된 반도체 나노 결정은 반측폭, 발광 파장(예를 들어, 발광 피크 파장)이 그대로 유지될 뿐만 아니라, 시간이 흐를수록 발광 효율이 높아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 빛이 조사된 반도체 나노 결정 용액(실시예 1-2)의 발광 효율은 더욱 높은 것을 알 수 있다.
<제조예 2>: Red 빛을 발광하는 나노 결정의 제조
인듐 아세테이트(0.5 mmol)를 팔미트 산(1.5 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한 후 1 시간 동안 온도를 유지한다. 한편, 0.25 mmol의 트리메틸실릴-3-포스핀과 0.75 mmol의 트리옥틸포스핀, 0.8mL의 옥타데센을 혼합하여 주입 용액을 제조한다. 진공 상태로 유지한 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 48 ℃로 냉각한 후, 냉각된 혼합물에 상기 주입 용액을 주입하여, InP 중간생성물을 제조한다.
인듐 아세테이트(0.2 mmol)를 팔미트 산(0.6 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한 후 1 시간 동안 온도를 유지한다. 한편, 0.1 mmol의 트리메틸실릴-3-포스핀과 0.6 mmol의 트리옥틸포스핀, 0.703 mL의 옥타데센을 혼합하여 주입 용액을 제조한다. 진공 상태로 유지한 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 280 ℃로 가열한 후, 가열된 혼합물에 상기 주입 용액을 주입한다. 주입 후 40 분 동안 반응시킨다. 다음, 40 분간 반응된 혼합물에 상기 제조된 InP 중간 생성물 4.4 mL를 투입하여 InP 나노 결정 용액을 제조한다.
아연 아세테이트(0.3 mmol)를 올레인 산(0.6 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한다. 다음, 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 300 ℃로 가열한 후 220 ℃로 냉각하고, 냉각된 혼합물에 0.4 M의 황/트리옥틸포스핀 용액 1.5 mL와 0.1광학 밀도를 갖는 상기 제조된 InP 나노 결정 용액 1mL를 주입한다. 다음, 300 ℃까지 가열한 후 1 시간 동안 반응시키고, 상온으로 냉각하고, 냉각된 혼합물에 아세톤을 투입하여 InP/ZnS 나노 결정을 침전시킨다. 침전물을 톨루엔 2mL 에 용해하여 InP/ZnS 나노 결정 용액을 제조한다.
상기 제조예 2에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정의 발광 효율은 63%, 발광 피크 파장은 615 nm, 반측폭은 50 nm이다.
<실시예 2-1>
25 ℃의 질소 분위기에서 상기 제조예 2에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액 0.3 mL에 물 0.02 mL를 첨가한 후 그대로 유지한다.
<실시예 2-2>
25 ℃의 질소 분위기에서 상기 제조예 2에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액 0.3 mL에 물 0.02 mL 및 부탄올 0.04 mL를 첨가한 후 그대로 유지한다.
<비교예 2-1>
25 ℃의 공기 분위기에서 상기 제조예 1에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액에 물을 첨가하지 않고 그대로 유지한다.
24 시간 후에 상기 실시예 2-1, 실시예 2-2 및 비교예 2-1에서 제조된 용액의 발광 효율, 발광 스펙트럼의 최대 피크를 나타내는 파장과 발광 스펙트럼의 반측폭을 측정한다. 각 결과는 하기 표 2 및 도 4에 기재되어 있다.
[표 2]
Figure 112017006446967-pat00002
상기 표 2에 나타난 것처럼, 불활성 기체 분위기에서 물이 첨가된 반도체 나노 결정은 반측폭, 발광 파장(예를 들어, 발광 피크 파장)이 그대로 유지될 뿐만 아니라, 발광 효율이 높다는 것을 알 수 있다. 불활성 기체 분위기에서 물과 함께 부탄올이 첨가된 반도체 나노 결정(실시예 2-2)은 반측폭, 발광 파장(예를 들어, 발광 피크 파장)이 그대로 유지될 뿐만 아니라, 시간이 흐를수록 발광 효율이 더욱 높아진다.
<제조예 3>: Green 빛을 발광하는 나노 결정의 제조
인듐 아세테이트(0.2mmol)를 팔미트 산(0.6mmol)과 옥타데센(10mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120℃로 가열한 후 상온으로 냉각한다. 한편 0.2mmol의 트리메틸실릴-3-포스핀과 1.2mmol의 트리옥틸포스핀, 0.6mL의 옥타데센을 혼합하여 주입 용액을 제조한다. 질소 분위기 하에서 상기 혼합물에 상기 주입 용액을 주입한다. 주입 후 320 ℃로 가열한 후 상온으로 빠르게 냉각한다. 다음, 냉각된 혼합물에 아세톤을 투입하여 InP 나노 결정을 침전시킨다. 침전물을 톨루엔 2mL에 용해하여 InP 나노 결정 용액을 제조한다.
아연 아세테이트(0.3 mmol)를 올레인 산(0.6 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한다. 다음, 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 300 ℃로 가열한 후 220 ℃로 냉각하고, 냉각된 혼합물에 0.4 M의 황/트리옥틸포스핀 용액 1.5 mL와 0.1광학 밀도를 갖는 상기 제조된 InP 나노 결정 용액 1mL를 주입한다. 다음, 300 ℃까지 가열한 후 1 시간 동안 반응시키고, 상온으로 냉각하고, 냉각된 혼합물에 아세톤을 투입하여 InP/ZnS 나노 결정을 침전시킨다. 침전물을 톨루엔 2mL 에 용해하여 InP/ZnS 나노 결정 용액을 제조한다.
상기 제조예 3에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정의 발광 효율은 75 %, 발광 피크 파장은 558 nm, 반측폭은 40 nm이다.
<실시예 3-1>
25 ℃의 질소 분위기에서 상기 제조예 3에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액 0.3 mL에 물 0.02 mL를 첨가한 후 450 nm의 빛을 조사하면서 그대로 유지한다.
<비교예 3-1>
25 ℃의 공기 분위기에서 상기 제조예 3에서 제조된 InP/ZnS 나노 결정 용액에 물을 첨가하지 않고 빛의 조사 없이 그대로 유지한다.
2 일 및 5 일 후에 상기 실시예 3-1 및 비교예 3-1에서 제조된 용액의 발광 효율, 발광 스펙트럼의 최대 피크를 나타내는 파장과 발광 스펙트럼의 반측폭을 측정한다. 각 결과는 하기 표 3에 기재되어 있다.
[표 3]
Figure 112017006446967-pat00003
상기 표 3에 나타난 것처럼, 불활성 기체 분위기에서 물이 첨가되고, 빛이 조사된 반도체 나노 결정(실시예 3-1)은 반측폭, 발광 파장(e.g., 최대 발광 peak)이 그대로 유지될 뿐만 아니라, 발광 효율이 증가하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
1: 매트릭스 2: 반도체 나노 결정
3: 발광 다이오드 칩 4: 기판
10: 기판 20: 양극 (anode)
30: 정공 전달층(HTL) 40: 발광층(EL)
50: 전자 전달층(ETL) 60: 음극 (cathode)

Claims (18)

  1. 유기 용매에 반도체 나노결정이 분산되어 있는 반도체 나노결정 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 반도체 나노결정 용액에 물을 부가하는 단계를 포함하는 반도체 나노결정의 제조 방법으로서,
    상기 반도체 나노결정의 크기는 1 nm 내지 20 nm 이고,
    상기 반도체 나노결정의 표면에 하기 화학식 1의 유기 리간드가 결합되어 있으며:
    [화학식 1]
    X-(R)n-(Y)m
    상기 화학식 1에서, R은 C1 내지 C30의 알킬렌기; C6 내지 C30의 아릴렌기; C6 내지 C30의 헤테로아릴렌기; C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기; C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐렌기; C2 내지 C30의 알키닐렌기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 지환족기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 지환족기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기 또는 이들의 혼합에서 선택되는 것이고,
    n은 0 또는 1 이상의 정수이고,
    X는 S, SH, P, P=O, PO3, NH, H2N, CN, NCO, O, 할로겐, 아실 할라이드, COO, COOH, OH 또는 이들의 혼합에서 이루어지는 군에서 선택되는 것이고,
    Y는 H 또는 SH이고,
    m은 1 이상의 정수이고,
    상기 반도체 나노결정은 II-VI족 반도체 물질, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질을 포함하고,
    상기 반도체 나노결정은 카드뮴을 포함하지 않는
    반도체 나노 결정의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 나노결정 용액에 물을 부가하여 그 표면에 물분자가 결합된 반도체 나노결정을 얻는 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 나노결정은 코어 및 상기 코어 상에 배치된 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가지는 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 코어는, II-VI족 반도체 물질, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질을 포함하고 상기 쉘은 II-VI족 반도체 물질, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질을 포함하는 반도체 나노결정의 제조방법.
  5. 제4항에서,
    상기 반도체 나노결정은 상기 코어에 III-V족 반도체를 포함하고, 상기 표면에 물분자가 결합된 반도체 나노결정은 발광 효율이 50% 이상을 나타내는 반도체 나노결정의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 결정에 대한 상기 물의 중량비는 1 ~ 100 인 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 유기용매는, 방향족 용매, 알칸 용매, 메틸렌클로라이드, 디메틸포름아미드, 테트라히드로퓨란 및 이들의 조합으로부터 선택되는 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 물은 상기 반도체 나노 결정 용액 100 부피부 대비 0.01 부피부 이상 100 부피부 미만인 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 반도체 나노 결정 용액에 극성 화합물을 부가하는 단계를 더 포함하는 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 물과 상기 극성 화합물 간의 부피비는, 1:0.1 내지 1:10인 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 반도체 나노결정 용액에 물을 부가하는 단계는 불활성 기체 분위기 하에서 수행되는 반도체 나노결정의 제조 방법.
  12. 제1항에서,
    상기 반도체 나노결정 용액에 물을 부가한 후 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 반도체 나노결정의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 광은 상기 반도체 나노 결정의 에너지 밴드갭 이상에 해당하는 에너지를 가지는 반도체 나노결정의 제조 방법.
  14. 제2항에서,
    상기 물분자가 결합된 반도체 나노 결정은 -OH, -O, 및 -H 로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 작용기와 결합되는 반도체 나노결정의 제조 방법.
  15. 제2항에서,
    상기 물분자가 결합된 반도체 나노 결정은 발광 효율은 60 % 이상이고, 상기 반도체 나노 결정의 반측폭은 50 nm이하인 반도체 나노결정의 제조 방법.
  16. 반도체 나노결정의 표면에 하기 화학식 1의 유기 리간드가 결합되어 있고, 1 nm 내지 20 nm 이하의 크기를 갖는 반도체 나노 결정의 제조 방법으로서, 상기 방법은,
    유기 용매에 반도체 나노결정이 분산되어 있는 반도체 나노결정 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 반도체 나노결정 용액에 물을 부가하는 단계를 포함하고:
    [화학식 1]
    X-(R)n-(Y)m
    상기 화학식 1에서, R은 C1 내지 C30의 알킬렌기; C6 내지 C30의 아릴렌기; C6 내지 C30의 헤테로아릴렌기; C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기; C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐렌기; C2 내지 C30의 알키닐렌기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 지환족기; 고리 내에 이중결합 또는 삼중결합을 가지는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 지환족기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기가 치환되어 있는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알킬렌기 또는 이들의 혼합에서 선택되는 것이고,
    n은 0 또는 1 이상의 정수이고,
    X는 S, SH, P, P=O, PO3, NH, H2N, CN, NCO, O, 할로겐, 아실 할라이드, COO, COOH, OH 또는 이들의 혼합에서 이루어지는 군에서 선택되는 것이고,
    Y는 H 또는 SH이고,
    m은 1 이상의 정수이고,
    상기 반도체 나노결정은 II-VI족 반도체 물질, III-V족 반도체 물질, IV족 반도체 물질, 또는 IV-VI족 반도체 물질을 포함하고,
    상기 반도체 나노결정은 카드뮴을 포함하지 않는
    반도체 나노 결정의 제조 방법.
  17. 제1항 또는 제16항에 있어서,
    상기 반도체 나노결정은 인듐 및 인(P)을 포함하는 반도체 나노 결정의 제조 방법.
  18. 제1항 또는 제16항에 있어서,
    상기 반도체 나노결정은, 아연(Zn) 및 황(S)을 포함하는 반도체 나노결정의 제조 방법.
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