KR20100071700A - 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 나노 결정 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100071700A
KR20100071700A KR1020080130506A KR20080130506A KR20100071700A KR 20100071700 A KR20100071700 A KR 20100071700A KR 1020080130506 A KR1020080130506 A KR 1020080130506A KR 20080130506 A KR20080130506 A KR 20080130506A KR 20100071700 A KR20100071700 A KR 20100071700A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
transition metal
core
group iii
semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020080130506A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101462658B1 (ko
Inventor
장은주
전신애
장효숙
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080130506A priority Critical patent/KR101462658B1/ko
Priority to US12/464,537 priority patent/US8609245B2/en
Publication of KR20100071700A publication Critical patent/KR20100071700A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101462658B1 publication Critical patent/KR101462658B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/70—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing phosphorus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/115—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers comprising active inorganic nanostructures, e.g. luminescent quantum dots
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2991—Coated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 III-V족 반도체 코어 및 상기 III-V족 반도체 코어에 합금화되어 있는 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속의 몰농도는 상기 코어의 중심부보다 상기 코어의 최외곽 표층이 높다. 따라서 발광 파장이 원하는 범위로 조절되고 색 순도가 향상된 반도체 나노 결정을 제공할 수 있다.
반도체 나노 결정, 전이 금속, III-V 족 반도체

Description

반도체 나노 결정 및 그 제조 방법{Semiconductor Nanocrystal and Preparation Method thereof}
본 발명은 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 파장이 조절되면서 색순도가 높은 III-IV족 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
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 표시 소자 등으로의 응용 개발이 이루어지고 있다. 아울러 중금속을 함유하지 않은 반도체 나노 결정은 환경 친 화적이며 인체에 안전하기 때문에 발광 재료로서 다양한 장점을 가진다. 이러한 우수한 특성과 다양한 응용 가능성을 가진 반도체 나노 결정은 크기, 구조, 균일도 등을 조절하여 여러 가지 합성 기술들이 개발되고 있다.
한편, 최근 환경 문제 등으로 인하여 반도체 나노 결정 중 기존의 II-VI족 반도체 대신 III-V족 반도체가 주목을 받고 있다. 그러나 통상적인 III-V족 반도체 나노 결정은 전구체부터 수득된 나노 결정에 이르기까지 산소와 수분에 민감한 영향을 받고, 합성 과정이 단순하지 않다. 또한, 나노 결정의 성장 속도 조절이 용이하지 않아 발광 파장 영역이 제한적이며, 다양한 크기 분포로 인하여 색순도가 낮기 때문에, 발광 소자로의 응용에 제한적이었다.
본 발명의 일 구현예는 발광 파장 조절이 더욱 용이하며, 색순도가 높은 나노 결정을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 나노 결정을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 나노 결정을 포함하는 색필터 또는 표시 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, III-V족 반도체 코어 및 상기 III-V족 반도체 코어에 합금화되어 있는 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속의 몰농도는 상기 코어의 중심부보다 상기 코어의 최외곽 표층이 높은 나노 결정을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가열한 후 반응 온도를 유지하면서 V족 원소 전구체를 주입하는 단계를 포함하는 나노 결정의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상온에서 상기 제1 혼합물에 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제2 혼합물을 가열한 후 반응 온도를 유지하는 단계를 포함하는 나노 결정의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 제1 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상온에서 상기 제1 혼합물에 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 제2 유기 용매를 가열한 후 반응 온도를 유지하면서 상기 제2 혼합물을 상기 제2 유기 용매에 주입하는 단계를 포함하는 나노 결정의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 나노 결정의 제조 방법으로 제조된 나노 결정을 포함하는 색필터를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 나노 결정의 제조 방법으로 제조된 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 표시 소자를 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 III-V족 반도체 나노 결정을 제조할 때 전이 금속 전구체를 첨가하여 반응시킴으로써, III족 원소와 V족 원소의 반응 속도를 조절 하여 발광 파장이 원하는 범위로 조절되고 색 순도가 향상된다.
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.
본 발명의 제1 구현예에 따른 반도체 나노 결정은 III-V족 반도체 코어 및 상기 III-V족 반도체 코어에 합금화되어 있는 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속의 몰농도는 상기 코어의 중심부보다 상기 코어의 최외곽 표층이 높다. 이는, 후술하는 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법을 이용할 때, III족 원소와 V족 원소 사이의 반응 속도가 전이 금속과 V족 원소 사이의 반응 속도보다 빠르기 때문에 형성되는 특징적인 합금 구조이다. 이때 전이 금속은 대략 80 몰% 이상이 코어의 최외곽 표층으로부터 코어의 중심부 방향으로 최대 1 nm이내에 형성되어 있다. 따라서 전이 금속이 코어에 그라디언트 합금(gradient alloy) 형태로 존재하며, 나노 결정의 표면 부근에 존재하는 전이 금속은 III족 원소의 산화를 방지하므로 나노 결정에 결함이 생성되는 것을 줄이며, 코어에 쉘 층을 코팅할 때 코어-쉘 간의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 직접 천이형 발광 특성을 그대로 유지한다. 반면, 단순히 전이 금속이 코어에 도판트(dopant)의 형태로 존재하는 경우는 직접 천이형 발광 특성이 유지되지 않고, 발광 파장이 크기에 의하여 조절이 되지 않으며 도판의 종류와 농도에 의하여 결정이 되기 때문에, 그라디언트 합금 구조와는 다르다.
예를 들어, III족 원소인 In과 V족 원소인 P가 전이 금속인 Zn이 본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법에 따라 합금되었을 때 생성되는 반도체 나노 결정 코어(1)의 구조가 도 1에 도시되어 있다. 상기 반도체 나노 결정 코어(1)의 중심부에는 대부분 In과 P가 결합되어 있으며, 반도체 나노 결정 코어(1)의 표면부에 Zn과 P가 결합되어 있다. 도 1에는 반도체 나노 결정 코어(1)의 중심부에는 Zn이 존재하지 않는 구조만을 도시하였으나 상기 코어(1)의 중심부에 일부 Zn이 포함될 수도 있다.
상기 III족 원소로는Al, Ga, In, Ti 또는 이들의 조합이 사용될 수 있으며, 상기 V족 원소로는 P, As, Sb, Bi 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 상기 전이 금속으로는 다양한 산화 수를 가질 수 있는 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 상기 코어의 III족 원소와 상기 전이 금속의 몰비는 대략 10:1 내지 100:1일 수 있다. 전이 금속의 농도가 III족 원소의 농도의 1/100보다 높고, 1/10보다 작을 경우 반도체 나노 결정의 발광이 파장을 조절하기 용이하며, 표면의 결함제거가 쉬워져서 발광효율도 더 높게 유지될 수 있다. 특히 전이 금속의 농도가 진할수록 발광파장의 반측폭이 더 감소하여 색순도가 향상된다.
상기 코어의 III족 원소와 상기 코어의 V족 원소의 몰비는 대략 1:1 내지 3:1일 수 있다. III족 원소의 농도가 V족 원소의 농도보다 크거나 V족 원소의 농도의 3 배보다 작을 경우, 반도체 나노 결정의 결정 구조가 더욱 용이하게 생성될 수 있다. III족 원소의 농도가 V족 원소의 농도보다 클 경우, 비교적 금속성이 큰 III족 원소가 나노 결정의 표면에 더 많이 존재하면서 유기 리간드와 결합하는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 제2 구현예에 따른 나노 결정은 상기 코어의 표면 위에 형성되어 있는 쉘(shell)을 더 포함하고, 상기 쉘은 II-VI족 반도체, III-V족 반도체 및 IV-VI족 반도체로 이루지는 군에서 선택될 수 있다. 이러한 쉘의 형성은 나노 결정의 코어를 코팅함으로써 나노 결정의 표면 결함을 방지하여 안정성을 증가시킬 수 있다. 나아가 상기 쉘이 코어의 표면에 분포하고 있는 전이 금속과 동일하거나 차이가 적은 산화 수를 가지는 금속을 포함하는 경우, 반응성이 향상될 수 있으며, 원소의 크기 차이가 적은 경우에는 코어와 쉘을 구성하는 격자의 크기를 일치시킬 수 있기 때문에, 더욱 용이하게 쉘을 코팅할 수 있다.
예를 들어, InZnP로 이루어진 코어(2a)에 전이 금속이면서 동시에 II족 원소인 Zn과 VI족 원소인 S를 쉘(2b)로 형성한 반도체 나노 결정(2)의 구조를 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 코어(2a)와 쉘(2b)의 계면에 동일한 Zn 금속이 존재하기 때문에, 코어에 존재하는 In이 In2O3등의 산화물로 변화될 가능성이 적고, 상대적으로 산화에 안정한 Zn도 ZnO를 형성할 가능성이 적으며, 코어에 포함된 Zn가 S와 반응에 참여할 수도 있으므로, ZnS 코팅이 용이하게 되어 코어와 쉘의 결합 특성이 더 우수하다.
상기 II족 원소로는 Zn, Cd, Hg, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있으며, 상기 IV족 원소로는 Si, Ge, Sn, Pb, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있으며, 상기 VI 족 원소로는 O, S, Se, Te, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 상기 전이 금속으로는 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 결정은 코어의 최외곽 표층에 높은 몰농도로 전이 금속이 합금되어 있기 때문에 전이 금속이 포함되지 않은 나노 결정보다 발광 파장의 조절이 더욱 용이하며, 450nm ~ 750 nm의 가시광 영역에 대하여 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 결정의 발광 파장을 원하는 대로 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명의 제1 구현예 또는 제2 구현예에 따른 나노 결정은 코어의 최외곽 표층에 높은 농도로 전이 금속이 합금되어 있기 때문에 전이 금속이 포함되지 않은 나노 결정보다 반측폭이 좁아지고, 발광되는 색의 순도가 매우 높아진다.
본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법은 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 혼합물을 가열한 후 반응 온도를 유지하면서 V족 원소 전구체를 주입하는 단계를 포함한다. 유기 용매, 계면 활성제 및 III족 원소 전구체를 혼합하는 방법에는 유기 용매와 계면 활성제 중에 양이온 전구체를 부가하거나 유기 용매, 계면 활성제 및 양이온 전구체를 동시에 혼합하는 방법을 모두 포함하며, 특별히 이에 한정되지 않는다.
상기 유기 용매로는 탄소수 6 내지 24의 일차 알킬 아민, 탄소수 6 내지 24의 이차 알킬 아민, 탄소수 6 내지 24의 삼차 알킬 아민, 탄소수 6 내지 24의 일차 알코올, 탄소수 6 내지 24의 이차 알코올, 탄소수 6 내지 24의 삼차 알코올, 탄소 수 6 내지 24의 케톤 및 에스테르, 탄소수 6 내지 24의 질소 또는 황을 포함한 헤테로 고리 화합물, 탄소수 6 내지 24의 알칸, 탄소수 6 내지 24의 알켄, 탄소수 6 내지 24의 알킨, 트리옥틸포스핀과 같은 탄소수 6 내지 24의 트리알킬포스핀, 트리옥틸포스핀 옥사이드와 같은 탄소수 6 내지 24의 트리알킬 포스핀 옥사이드 등을 예로 들 수 있다.
상기 계면 활성제로는 말단에 -COOH기를 가진 탄소수 6 내지 24의 알칸 또는 알켄, 말단에 -POOH기를 가진 탄소수 6 내지 24의 알칸 또는 알켄, 말단에 -SOOH기를 가진 탄소수 6 내지 24의 알칸 또는 알켄, 말단에 -NH2기를 가진 탄소수 6 내지 24의 알칸 또는 알켄 등을 예로 들 수 있다. 구체적으로, 올레인산(oleic acid), 스테아르산(stearic acid), 팔미트산(palmitic acid), 헥실 포스폰산(hexyl phosphonic acid), n-옥틸 포스폰산(n-octyl phosphonic acid), 테트라데실 포스폰산(tetradecyl phosphonic acid), 옥타데실포스폰산(octadecyl phosphonic acid), n-옥틸 아민(n-octylamine), 헥사데실아민(hexadecyl amine) 등이 있다.
상기 III족 원소의 전구체로는 Al, Ga, In, Ti 등의 III족 원소에 카르복실레이트(carboxylate), 카르보네이트(carbonate), 할라이드(halide), 나이트레이트(nitrate), 포스페이트(phosphate), 설페이트(sulfate) 등이 사용될 수 있다. 상기 전이 금속의 전구체는 상술한 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 등의 전이 금속에 카르복실레이트, 카르보네이트, 할라이드, 나이트레이트, 포스페이트, 설페이트 등이 사용될 수 있다. 상기 V족 원소의 전구체는 P, As, Sb, Bi등의 V족 원소에 카르복실레이트, 카르보네이트, 할라이드, 나이트레이트, 포스페이트, 설페이트 등이 사용될 수 있다.
상기 제1 혼합물을 제조할 때, 진공 중에서 100 ℃ 이상의 반응 온도를 1시간 이상 유지한다. 불활성 기체 분위기 하에 상기 제1 혼합물을 가열하여 대략 250-350 ℃ 정도의 반응 온도를 일정하게 유지하는 상태에서, 상기 제1 혼합물에 상기 V족 원소 전구체를 주입하여 1 분 이상의 소정의 시간 동안 반응을 시킨다. 이때 III족 원소와 V족 원소 사이의 반응 속도가 전이 금속과 V족 원소 사이의 반응 속도보다 빠르기 때문에 코어의 중심부는 III족 원소와 V족 원소가 결합하여 합금이 형성되고, 코어의 표면부로 갈수록 합금되어 있는 전이 금속의 농도가 높아진다. 상기 반응 온도는 반응 물질의 특성에 따라 정해진다. 이 후, 반응물을 상온으로 냉각하면, III족 원소, 전이 금속, V족 원소를 포함하는 콜로이드 상의 반도체 나노 결정이 생성된다.
상기 III족 원소 전구체와 상기 계면 활성제의 몰비는 대략 1:1 내지 1:20일 수 있다. 계면 활성제의 농도가 III족 원소 전구체의 농도보다 작을 경우 반응 효율성이 감소될 수 있으며, 전구체의 용해 또는 활성화에 영향을 줄 수 있다. 계면 활성제의 농도가 III족 원소 전구체의 농도의 20 배보다 클 경우 결정 성장을 방해할 수 있으므로 반도체 나노 결정의 발광 파장이나 반측폭을 조절하는 것이 용이하지 않다.
상기 코어의 III족 원소와 상기 전이 금속의 몰비는 대략 10:1 내지 100:1일 수 있으며, 상기 코어의 III족 원소와 상기 코어의 V족 원소의 몰비는 대략 1:1 내 지 3:1일 수 있으며, 몰비에 대한 구체적인 설명은 상술하였으므로 생략한다.
본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법은 상기 제조된 콜로이드 상의 반도체 나노 결정에II-V족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것을 쉘로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 II족 원소는 Zn, Cd, Hg 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, 상기 III족 원소는 Al, Ga, In, Ti 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, 상기 IV족 원소는 Si, Ge, Sn, Pb 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, 상기 V족 원소는 P, As, Sb, Bi 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, 상기 VI족 원소는 O, S, Se, Te 또는 이들이 조합이 사용될 수 있다.
상기 쉘을 형성하는 방법으로 먼저 상기 II족, III족, IV족 원소 등을 포함하는 양이온 전구체, 계면 활성제, 유기 용매를 진공 중에서 100 ℃ 이상의 반응 온도를 1시간 이상 유지하면서 혼합한다. 다음, 불활성 기체 분위기 하에 상기 혼합물에 상기 콜로이드 상의 반도체 나노 결정과 상기 V족, VI족 원소 등을 포함하는 음이온 전구체를 주입한 후, 가열하여 대략 230-350 ℃ 정도의 반응 온도에서 1 분 이상의 소정의 시간 동안 반응을 시키면, 코어-쉘 구조의 반도체 나노 결정이 생성된다.
본 발명의 제4 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법은 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상온에서 상기 제1 혼합물에 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조 하는 단계; 및 상기 제2 혼합물을 가열한 후 온도를 유지하는 단계를 포함한다.
상기 제1 혼합물을 제조하는 단계와 사용 원료에 대하여 본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법에서 상술하였으므로 생략한다. 상기 제조된 제1 혼합물을 상온에서 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조한다. 따라서 제2 혼합물은 III족 원소, V족 원소, 전이 금속을 포함하는 중간 생성물(intermediate) 전구체이며, 이 중간 생성물 전구체를 대략 250-350 ℃ 정도의 반응 온도까지 가열한 후, 해당 반응 온도를 유지하면서 반응을 완료시킨다. 이러한 중간 생성물 전구체를 사용하는 방법은 III족 원소와 V족 원소의 몰비를 더욱 용이하게 조절할 수 있고, 아울러 반도체 나노 결정의 발광 파장이 더욱 감소하고 반측폭(full width of half maximum, FWHM)도 더욱 감소하여 높은 색순도를 나타낸다.
상기 코어의 III족 원소와 상기 전이 금속의 몰비는 대략 10:1 내지 100:1일 수 있으며, 상기 코어의 III족 원소와 상기 코어의 V족 원소의 몰비는 대략 1:1 내지 3:1일 수 있으며, 몰비에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법에서 상술하였으므로 생략한다.
또한 상기 제조된 콜로이드 상의 반도체 나노 결정에II-V족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것을 쉘로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 구체적인 설명은 본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법에서 상술하였으므로 생략한다.
본 발명의 제5 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법은 제1 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상온에서 상기 제1 혼합물에 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 제2 유기 용매를 가열한 후 반응 온도를 유지하면서 상기 제2 혼합물을 상기 제2 유기 용매에 주입하는 단계를 포함한다.
상기 제1 혼합물을 제조하는 단계, 제2 혼합물을 제조하는 단계 및 사용 원료에 대하여 본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법에서 상술하였으므로 생략한다. 다만, 중간 생성물 전구체인 제2 혼합물을 고온으로 가열된 제2 유기 용매에 빠른 주입(quick injection)을 통하여 반도체 나노 결정을 제조하는 것이 상술한 제3 구현예 또는 제4 구현예에 따른 제조 방법들과 구분되는 것이다. 이렇게 제2 유기 용매의 반응 온도를 유지하는 상태에서 제2 혼합물을 빠르게 주입하기 때문에, 더욱 균일한 반도체 나노 결정이 생성된다. 아울러 III족 원소와 V족 원소의 몰비를 더욱 용이하게 조절할 수 있고, 반도체 나노 결정의 발광 파장이 더욱 감소하고 반측폭도 더욱 감소하여 높은 색순도를 나타낸다는 것은 상술한 바와 같다.
상기 코어의 III족 원소와 상기 전이 금속의 몰비는 대략 1:1 내지 10:1일 수 있으며, 상기 코어의 III족 원소와 상기 코어의 V족 원소의 몰비는 대략 1:10 내지 100:1일 수 있으며, 몰비에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법에서 상술하였으므로 생략한다.
또한 상기 제조된 콜로이드 상의 반도체 나노 결정에II-V족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것을 쉘로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 구체적인 설명은 본 발명의 제3 구현예에 따른 나노 결정의 제조 방법에서 상술하였으므로 생략한다.
본 발명의 제6 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노 결정을 포함하는 색필터가 제공된다. 색필터는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등의 표시 장치에 사용되며, 일반적으로 적색, 녹색, 청색의 기본색(primary color)을 가진다. 또한 표시 장치에서 일반적으로 하나의 화소(pixel)에는 한 개의 색필터가 포함된다. 색필터는 반도체 나노 결정 외에도 안료, 감광성 유기물, 무기물 등을 포함할 수 있다. 또한 색필터는 필름의 형태로 제조되어 표시 장치의 적절한 위치에 부착될 수 있고, 또는 용액의 상태로 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅 등의 방법으로 코팅될 수도 있다. 색필터를 제조하는 방법 자체는 당해 분야에서 널리 알려진 사항이므로 본 명세서에서 자세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제7 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 표시 소자가 제공되며, 표시 소자로는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 등이 있다. 일반적으로 유기 발광 다이오드는 두 개의 전극 사이에 유기 발광층을 형성하고, 2 개의 전극으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 유기 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 3에 도시된 것처럼, 유기 발광 표시 장치는 유기 기판(10) 위에 양극(anode)(20)이 위치한다. 상기 양극 물질로는 정공의 주입이 가능하도록 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직한데, 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 이루어지는 것이 바람직하다. 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. 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.
본 발명의 제8 구현예에 따르면, 상기 반도체 나노 결정을 포함하는 광전환형 표시 소자를 제공한다.
도 20은 본 발명의 일 구현예에 따른 광 전환형 표시 소자의 단면도이다.
먼저, Ag 등으로 이루어진 기판(6)을 준비한다. 기판(6)은 오목부를 포함하고 있다. 기판(6) 위에 청색 또는 자외선 영역에 해당하는 발광 다이오드 칩(5)이 형성되어 있다.
발광 다이오드 칩(5) 위에 반도체 나노 결정(4)를 포함하는 매트릭스(3)가 형성되어 있다. 이때 반도체 나노 결정(4)는 상술한 본 발명에 따른 반도체 나노 결정이며, 적색, 녹색, 청색 등의 나노 결정일 수 있다. 또한 매트릭스(3)는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 반도체 나노 결정(4)은 매트릭스(3) 내에 혼합되고, 기판(6)의 오목부에 도포되어 발광 다이오드 칩(5)을 덮는다.
반도체 나노 결정(4)은 발광 다이오드 칩(5)의 발광 에너지를 흡수한 후, 여기된 에너지를 다른 파장으로 빛으로 내보낸다. 반도체 나노 결정(4)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 칩을 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 바람직한 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조 (제3 구현예 )
< 실시예 1-1>
인듐 아세테이트(0.2 mmol)와 아연 아세테이트(0.05 mmol)를 팔미트 산(0.7 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하였고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한 후 1 시간 동안 온도를 유지하였다. 한편, 0.1 mmol의 트리메틸실릴-3-포스핀과 트리옥틸포스핀 1mL를 혼합하여 주입 용액을 제조하였다. 진공 상태로 유지한 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 280 ℃로 가열한 후 상기 주입 용액을 주입하였다. 주입 후 2분간 반응시켰다. 다음, 상온으로 빠르게 냉각하여 아세톤으로 InZnP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 실시예 1-2>
아연 아세테이트(0.3 mmol)를 올레인 산(0.9 mmol)과 옥타데센(10 mL)의 혼합물에 첨가하였고, 진공 상태에서 120 ℃로 가열한 후 1 시간 동안 온도를 유지하였다. 다음, 상기 혼합물을 질소 분위기 하에서 240 ℃로 가열한 후, 0.4 M의 황/트리옥틸포스핀 용액 1.5 mL과 0.1 광학 밀도를 갖는 상기 실시예 1-1에서 제조된 InZnP 나노 결정 1 mL를 상기 혼합물에 주입하였다. 다음, 280 ℃까지 가열한 후 1 시간 동안 반응시켰다. 상온으로 냉각하여 InZnP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
< 실시예 2>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조 (제3 구현예 )
< 실시예 2-1>
실시예 1-1에서 인듐 아세테이트를 0.4 mmol, 아연 아세테이트를 0.1 mmol, 팔미트 산을 1.2 mmol, 옥타데센을 20 mL, 트리메틸실릴-3-포스핀을 0.2 mmol을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 실시하여 InZnP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 실시예 2-2>
실시예 1-2에서 올레인 산을 0.6 mmol 사용하였고, 질소 분위기 하에서 300 ℃로 가열한 후 150 ℃로 냉각시킨 상태로 황/트리옥틸포스핀 용액과 InZnP 나노 결정을 주입하였고 다시 300 ℃로 가열하여 반응시킨 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일하게 실시하여 InZnP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
< 실시예 3>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조 (제4 구현예 )
< 실시예 3-1>
실시예 1-1에서 In과 Zn의 혼합물에 트리메틸실릴-3-포스핀과 트리옥틸포스핀을 상온에서 주입하여 InZnP 중간생성물을 제조한 후, InZnP 중간생성물을 320 ℃로 가열하여 반응시킨 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 실시하여 InZnP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 실시예 3-2>
실시예 1-2에서 아연 아세테이트 0.15 mmol, 올레인산 0.3 mmol, 옥타데센 5 mL, 0.2 광학 밀도를 갖는 InZnP 나노 결정, 황/트리옥틸포스핀 용액 0.75 mL를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일하게 실시하여 InZnP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
< 실시예 4>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조 (제4 구현예 )
< 실시예 4-1>
실시예 3-1에서 트리메틸실릴-3-포스핀을 0.2 mmol 사용한 것을 제외하고는 실시예 3-1과 동일하게 실시하여 InZnP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 실시예 4-2>
실시예 3-2와 동일하게 실시하여 InZnP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
< 실시예 5>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조 (제4 구현예 )
< 실시예 5-1>
실시예 3-1에서 아연 아세테이트를 0.1 mmol, 팔미트 산을 0.8 mmol, 트리메틸실릴-3-포스핀을 0.2 mmol 사용한 것을 제외하고는 실시예 3-1과 동일하게 실시하여 InZnP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 실시예 5-2>
실시예 3-2와 동일하게 실시하여 InZnP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
< 실시예 6>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조 (제 5 구현예 )
< 실시예 6-1>
실시예 1-1에서 옥타데센을 2 mL사용하여 In과 Zn의 혼합물을 제조하였고, In과 Zn의 혼합물에 트리메틸실릴-3-포스핀과 트리옥틸포스핀을 상온에서 주입하여 InZnP 중간생성물을 제조한 후, 질소 분위기 하에서 300 ℃로 가열되어 있는 옥타데센 10 mL에 InZnP 중간생성물을 주입하여 2 분간 반응시킨 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 실시하여 InZnP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 실시예 6-2>
실시예 2-2와 동일하게 실시하여 InZnP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
< 비교예 1>: InZnP 나노 결정 및 InZnP / ZnS 나노 결정의 제조
< 비교예 1-1>
실시예 1-1에서 아연 아세테이트를 사용하지 않았고, 팔미트 산을 0.6 mmol 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 실시하여 InP 나노 결정 코어를 분리하였다.
< 비교예 1-2>
실시예 1-1에서 아연 아세테이트 0.15 mmol, 올레인산 0.3 mmol, 옥타데센 5 mL, 0.21 광학 밀도를 갖는 InP 나노 결정 1.4 mL, 황/트리옥틸포스핀 용액 0.75 mL를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 실시하여 InP/ZnS 나노 결정을 분리하였다.
흡수 및 발광 스펙트럼의 측정
실시예 1 내지 6과 비교예 1에서 제조된 콜로이드 상의 나노 결정의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 측정하였다.
도 3과 도 4는 비교예 1의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이고, 도 5와 도 6은 실시예 1의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 반도체 나노 결정의 코어에 아연이 합금됨으로써 발광 파장이 567 nm에서 531 nm로 감소하여 발광 파장을 조절하였음을 알 수 있고, 반측폭도 52 nm에서 46 nm으로 감소하여 색순도가 증가하였음을 알 수 있다.
도 7과 도 8은 실시예 2의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 실시예 1과 비교할 때, 인듐:팔미트 산의 몰비율이 1:3.5에서 1:3으로 감소하였는데, 발광 파장은 520 nm로 더욱 감소하였고, 반측폭은 유지되었음을 알 수 있다.
도 9와 도 10은 실시예 3과 실시예 4의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 먼저 실시예 3과 비교예 1을 비교하면, 발광 파장이 567 nm에서 552 nm로 감소하여 발광 파장을 조절하였음을 알 수 있다. 나아가 실시예 4에서처 럼 In에 대한 P의 상대적인 양(몰 기준)을 증가시켰을 때, 발광 파장이 500 nm로 많이 감소된 것을 알 수 있고, 반측폭 또한 38 nm로 매우 좁아진 것을 알 수 있다.
도 11와 도 12는 실시예 5의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. In에 대한 Zn의 상대적인 양(몰 기준)을 증가시켰을 때, 반측폭이 38 nm 로 매우 좁아진 것을 알 수 있다.
도 13과 도 14는 실시예 6의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. InZnP의 중간 생성물을 이용하여 생성된 나노 결정은 발광 파장이 500 nm로 매우 감소하였고, 반측폭도 44 nm 로 감소하였다는 것을 알 수 있다.
결정 입자 관찰
실시예 1에서 제조된 나노 결정 입자의 TEM 사진을 촬영하였다. 도 15와 도 16은 실시예 1에서 제조된 나노 결정 입자의 TEM 사진이다. 사진을 통하여 균일하게 나노 결정 입자가 생성되었음을 알 수 있다. InZnP/ZnS의 입자 크기는 약 3.5 nm로 측정되었다.
실시예 1에서 제조된 나노 결정 입자의 EDS(energy dispersive spectroscopy) 분석을 수행하였다. 도 17과 도 18은 실시예 1에서 제조된 나노 결정 입자의 성분 원소를 분석한 그래프이다. 그래프를 통하여 나노 결정 입자의 코어에 아연이 합금되었음을 알 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 나노 결정 코어의 한 가지 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 구현예에 따른 나노 결정의 한 가지 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 결정을 포함하는 표시 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 비교예 1에 따른 InP와 InP/ZnS의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 7 내지 도 8은 실시예 1에 따른 InP와 InP/ZnS의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 8 내지 도 9는 실시예 2에 따른 InP와 InP/ZnS의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 10 내지 도 11은 실시예 3과 실시예 4에 따른 InP와 InP/ZnS의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 12 내지 도 13은 실시예 5에 따른 InP와 InP/ZnS의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 14 내지 도 15는 실시예 6에 따른 InP와 InP/ZnS의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 16 내지 도 17은 실시예 1에 따른 InZnP와 InZnP/ZnS의 TEM 사진이다.
도 18 내지 도 19는 실시예 1에 따른 InZnP와 InZnP/ZnS의 EDS 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 구현예에 따른 광 전환형 표시 소자를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3: 매트릭스 4: 반도체 나노 결정
5: 발광 다이오드 칩 6: 기판
10: 기판 20: 양극 (anode)
30: 정공 전달층(HTL) 40: 발광층(EL)
50: 전자 전달층(ETL) 60: 음극 (cathode)

Claims (30)

  1. III-V족 반도체 코어 및 상기 III-V족 반도체 코어에 합금화되어 있는 전이 금속을 포함하고, 상기 전이 금속의 몰농도는 상기 코어의 중심부보다 상기 코어의 최외곽 표층이 높은 나노 결정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전이 금속의 80 몰% 이상이 상기 코어의 최외곽 표층으로부터 상기 코어의 중심부 방향으로 1 nm 이내에 형성되어 있는 나노 결정.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코어의 III족 원소와 상기 전이 금속의 몰비는 10:1 내지 100:1인 나노 결정.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 코어의 III족 원소와 상기 코어의 V족 원소의 몰비는 1:1 내지 3:1인 나노 결정.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 코어의 표면 위에 형성되어 있는 쉘(shell)을 더 포 함하고, 상기 쉘은 II-VI족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것인 나노 결정.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 쉘은 2가지 이상의 산화상태를 가질 수 있는 전이 금속을 포함하는 것인 나노 결정.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전이 금속은 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 나노 결정.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 나노 결정의 발광 파장은 450 nm 내지 750 nm인 나노 결정.
  9. 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 혼합물을 가열한 후 반응 온도를 유지하면서 V족 원소 전구체를 주 입하는 단계를 포함하는 나노 결정의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 III족 원소 전구체와 상기 계면 활성제의 몰비는 1:1 내지 1:20인 나노 결정의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 III족 원소 전구체와 상기 전이 금속 전구체의 몰비는 10:1 내지 100:1인 나노 결정의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 코어의 III족 원소 전구체와 V족 원소 전구체의 몰비는 1:1 내지 3:1인 나노 결정의 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 전이 금속은 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 나노 결정의 제조 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 반응 온도는 150℃ 내지 350℃인 나노 결정의 제조 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 제조된 나노 결정에 II-VI족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것을 쉘로 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 결정의 제조 방법.
  16. 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    상온에서 상기 제1 혼합물에 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및
    상기 제2 혼합물을 가열한 후 반응 온도를 유지하는 단계를 포함하는 나노 결정의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 III족 원소 전구체와 상기 전이 금속 전구체의 몰비는 10:1 내지 100:1인 나노 결정의 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 코어의 III족 원소 전구체와 V족 원소 전구체의 몰비는 1:1 내지 3:1인 나노 결정의 제조 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 전이 금속은 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 나노 결정의 제조 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 반응 온도는 250℃ 내지 350℃인 나노 결정의 제조 방법.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 제조된 나노 결정에 II-VI족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것을 쉘로 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 결정의 제조 방법.
  22. 제1 유기 용매, 계면 활성제, III족 원소 전구체 및 전이 금속 전구체를 혼 합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    상온에서 상기 제1 혼합물에 V족 원소 전구체를 주입하여 제2 혼합물을 제조하고; 및
    제2 유기 용매를 가열한 후 반응 온도를 유지하면서 상기 제2 혼합물을 상기 제2 유기 용매에 주입하는 단계를 포함하는 나노 결정의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 III족 원소 전구체와 상기 전이 금속 전구체의 몰비는 10:1 내지 100:1인 나노 결정의 제조 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 코어의 III족 원소 전구체와 V족 원소 전구체의 몰비는 1:1 내지 3:1인 나노 결정의 제조 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 전이 금속은 Zn, Mn, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 나노 결정의 제조 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 반응 온도는 150℃ 내지 350℃인 나노 결정의 제조 방법.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 제조된 나노 결정에II-VI족 반도체, III-V족 반도체, IV-VI족 반도체 및 이들의 조합으로 이루지는 군에서 선택되는 것을 쉘로 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 결정의 제조 방법.
  28. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 나노 결정을 포함하는 색필터.
  29. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 전류 구동형 표시 소자.
  30. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 광전환형 표시 소자.
KR1020080130506A 2008-12-19 2008-12-19 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법 KR101462658B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080130506A KR101462658B1 (ko) 2008-12-19 2008-12-19 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법
US12/464,537 US8609245B2 (en) 2008-12-19 2009-05-12 Semiconductor nanocrystals and preparation methods thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080130506A KR101462658B1 (ko) 2008-12-19 2008-12-19 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100071700A true KR20100071700A (ko) 2010-06-29
KR101462658B1 KR101462658B1 (ko) 2014-11-17

Family

ID=42266570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080130506A KR101462658B1 (ko) 2008-12-19 2008-12-19 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8609245B2 (ko)
KR (1) KR101462658B1 (ko)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140117204A (ko) * 2013-03-26 2014-10-07 엘지전자 주식회사 InP계 양자점의 제조 방법 및 쉘링 방법
KR101486529B1 (ko) * 2013-04-05 2015-01-26 한국기계연구원 양자점과 그의 제조방법
KR20180095955A (ko) * 2014-01-06 2018-08-28 나노코 테크놀로지스 리미티드 카드뮴이 없는 양자점 나노입자
KR20190018309A (ko) * 2017-08-14 2019-02-22 삼성전자주식회사 반도체 나노결정 입자 및 이를 포함하는 소자
WO2019078573A1 (ko) * 2017-10-18 2019-04-25 나노캠텍 주식회사 비카드뮴계 양자점, 비카드뮴계 양자점의 제조 방법 및 비카드뮴계 양자점을 포함하는 양자점 필름
KR20190051437A (ko) * 2017-11-07 2019-05-15 전자부품연구원 코어-쉘 구조를 갖는 양자점
KR20190057733A (ko) * 2017-11-20 2019-05-29 삼성전자주식회사 양자점 소자와 표시 장치
KR20200108547A (ko) * 2019-03-11 2020-09-21 한국전자기술연구원 망간 도핑된 InZnP 양자점 및 그의 제조 방법
WO2020209581A1 (ko) * 2019-04-11 2020-10-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ － ⅴ 계 양자점 및 이의 제조방법
WO2020209580A1 (ko) * 2019-04-11 2020-10-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ－ⅴ계 양자점 및 이의 제조방법
WO2022075719A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ-ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047089A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ―ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047090A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 성장층을 가지는 ⅲ―ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047087A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ―ⅴ족계 양자점의 제조방법 및 iii-v족계 양자점

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100214282A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-26 Dolby Laboratories Licensing Corporation Apparatus for providing light source modulation in dual modulator displays
WO2011100023A1 (en) 2010-02-10 2011-08-18 Qd Vision, Inc. Semiconductor nanocrystals and methods of preparation
WO2012099653A2 (en) 2010-12-08 2012-07-26 Qd Vision, Inc. Semiconductor nanocrystals and methods of preparation
WO2013028253A1 (en) 2011-08-19 2013-02-28 Qd Vision, Inc. Semiconductor nanocrystals and methods
WO2013078247A1 (en) 2011-11-22 2013-05-30 Qd Vision, Inc. Methods of coating semiconductor nanocrystals, semiconductor nanocrystals, and products including same
US10008631B2 (en) 2011-11-22 2018-06-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Coated semiconductor nanocrystals and products including same
KR101960469B1 (ko) 2012-02-05 2019-03-20 삼성전자주식회사 반도체 나노결정, 그의 제조 방법, 조성물 및 제품
WO2013173409A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Qd Vision, Inc. Semiconductor nanocrystals and methods of preparation
KR101537296B1 (ko) * 2012-10-26 2015-07-17 삼성전자 주식회사 반도체 나노결정 및 그 제조방법
KR101644053B1 (ko) * 2012-12-07 2016-08-01 삼성전자 주식회사 나노 결정 합성 방법 및 나노 결정 조성물
WO2016185933A1 (ja) * 2015-05-15 2016-11-24 富士フイルム株式会社 コアシェル粒子、コアシェル粒子の製造方法およびフィルム
CN105153807B (zh) * 2015-07-21 2016-10-19 京东方科技集团股份有限公司 量子点墨水
WO2017074897A1 (en) 2015-10-27 2017-05-04 Lumileds Llc Wavelength converting material for a light emitting device
US10563122B2 (en) * 2016-03-18 2020-02-18 Osaka University Semiconductor nanoparticles and method of producing semiconductor nanoparticles
JP6464215B2 (ja) * 2016-03-18 2019-02-06 国立大学法人大阪大学 半導体ナノ粒子およびその製造方法
KR101797366B1 (ko) 2016-06-16 2017-11-13 아주대학교산학협력단 양자점의 제조 방법
EP3336158B1 (en) 2016-12-14 2023-03-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Emissive nanocrystal particle, method of preparing the same and device including emissive nanocrystal particle
JP2020521707A (ja) * 2017-05-23 2020-07-27 メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ 半電導性材料を合成するための方法
WO2019129005A1 (zh) * 2017-12-29 2019-07-04 Tcl集团股份有限公司 一种量子点及其制备方法与应用
CN110028963B (zh) * 2018-01-11 2024-01-02 三星电子株式会社 量子点、量子点-聚合物复合物、和显示装置
KR20200060218A (ko) * 2018-11-22 2020-05-29 엘지디스플레이 주식회사 질화갈륨 양자점의 제조방법
KR20200120531A (ko) 2019-04-11 2020-10-21 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ­ⅴ계 양자점 및 이의 제조방법
CN113597461B (zh) * 2019-04-11 2024-02-13 德山新勒克斯有限公司 Ⅲ－ⅴ族量子点及其制造方法
KR20200120532A (ko) 2019-04-11 2020-10-21 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ­ⅴ계 양자점 및 이의 제조방법
KR20200120529A (ko) 2019-04-11 2020-10-21 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ­ⅴ계 양자점 제조를 위한 활성 나노 클러스터, 이를 포함하는 양자점 및 이들의 제조방법
CN110253975B (zh) * 2019-06-27 2021-04-06 福建船政交通职业学院 铁铟环状复合微晶复合表面织构
EP3812444B1 (en) * 2019-10-25 2023-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Core shell quantum dot and electronic device including the same
CN111423870A (zh) * 2020-03-30 2020-07-17 京东方科技集团股份有限公司 量子点结构、其制作方法及量子点发光器件
KR102566044B1 (ko) 2020-10-08 2023-08-11 덕산네오룩스 주식회사 성장층을 가지는 ⅲ―ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7105051B2 (en) 2001-07-30 2006-09-12 The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas High quality colloidal nanocrystals and methods of preparing the same in non-coordinating solvents
US6794265B2 (en) * 2001-08-02 2004-09-21 Ultradots, Inc. Methods of forming quantum dots of Group IV semiconductor materials
AU2004269297A1 (en) * 2003-03-11 2005-03-10 Nanosys, Inc. Process for producing nanocrystals and nanocrystals produced thereby
KR100722086B1 (ko) 2004-11-11 2007-05-25 삼성전자주식회사 다층구조의 나노결정 및 그의 제조방법
US8134175B2 (en) 2005-01-11 2012-03-13 Massachusetts Institute Of Technology Nanocrystals including III-V semiconductors
WO2006134599A1 (en) 2005-06-15 2006-12-21 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Iii-v semiconductor core-heteroshell nanocrystals
US9406759B2 (en) * 2006-08-30 2016-08-02 University Of Florida Research Foundation, Inc. Methods for forming nanocrystals with position-controlled dopants
KR100876258B1 (ko) 2007-01-25 2008-12-26 고려대학교 산학협력단 망간이 도핑된 카드뮴셀레나이드 양자점의 제조방법
KR100839727B1 (ko) 2008-02-15 2008-06-19 삼성전자주식회사 반도체 나노결정-금속 복합체

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140117204A (ko) * 2013-03-26 2014-10-07 엘지전자 주식회사 InP계 양자점의 제조 방법 및 쉘링 방법
KR101486529B1 (ko) * 2013-04-05 2015-01-26 한국기계연구원 양자점과 그의 제조방법
KR20180095955A (ko) * 2014-01-06 2018-08-28 나노코 테크놀로지스 리미티드 카드뮴이 없는 양자점 나노입자
KR20190077629A (ko) * 2014-01-06 2019-07-03 나노코 테크놀로지스 리미티드 카드뮴이 없는 양자점 나노입자
KR20190018309A (ko) * 2017-08-14 2019-02-22 삼성전자주식회사 반도체 나노결정 입자 및 이를 포함하는 소자
US11643597B2 (en) 2017-08-14 2023-05-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor nanocrystal particles and devices including the same
WO2019078573A1 (ko) * 2017-10-18 2019-04-25 나노캠텍 주식회사 비카드뮴계 양자점, 비카드뮴계 양자점의 제조 방법 및 비카드뮴계 양자점을 포함하는 양자점 필름
US10822543B2 (en) 2017-11-07 2020-11-03 Korea Electronics Technology Institute Quantum dot having core-shell structure
KR20190051437A (ko) * 2017-11-07 2019-05-15 전자부품연구원 코어-쉘 구조를 갖는 양자점
KR20190057733A (ko) * 2017-11-20 2019-05-29 삼성전자주식회사 양자점 소자와 표시 장치
US11793011B2 (en) 2017-11-20 2023-10-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Quantum dot device and display device
KR20200108547A (ko) * 2019-03-11 2020-09-21 한국전자기술연구원 망간 도핑된 InZnP 양자점 및 그의 제조 방법
WO2020209580A1 (ko) * 2019-04-11 2020-10-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ－ⅴ계 양자점 및 이의 제조방법
WO2020209581A1 (ko) * 2019-04-11 2020-10-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ － ⅴ 계 양자점 및 이의 제조방법
WO2022075719A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ-ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047089A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ―ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047088A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ―ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047090A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 성장층을 가지는 ⅲ―ⅴ족계 양자점 및 이의 제조방법
KR20220047087A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 덕산네오룩스 주식회사 Ⅲ―ⅴ족계 양자점의 제조방법 및 iii-v족계 양자점

Also Published As

Publication number Publication date
US8609245B2 (en) 2013-12-17
KR101462658B1 (ko) 2014-11-17
US20100159248A1 (en) 2010-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20100071700A (ko) 반도체 나노 결정 및 그 제조 방법
US10577716B2 (en) Multilayer nanocrystal structure and method for producing the same
KR101739751B1 (ko) 합금-쉘 양자점 제조 방법, 합금-쉘 양자점 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
JP5739152B2 (ja) 量子ドットの製造方法
KR100853087B1 (ko) 나노결정, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 전자소자
JP5536972B2 (ja) 多層シェルナノ結晶及びその製造方法
EP1666562B1 (en) Interfused nanocrystals and method of preparing the same
KR101486529B1 (ko) 양자점과 그의 제조방법
KR20110140049A (ko) 반도체 나노 결정
KR101563878B1 (ko) 양자점의 제조방법
Singh et al. Magic-sized CdSe nanoclusters: a review on synthesis, properties and white light potential
JP2011505432A (ja) コロイド状三元ナノ結晶の生産
JP2018115315A (ja) 可視蛍光を発するＣｄを含まないコロイダル量子ドット及びその製造方法
JPWO2016185933A1 (ja) コアシェル粒子、コアシェル粒子の製造方法およびフィルム
KR20100071696A (ko) 금속-계면활성제층으로 코팅된 나노 결정의 제조 방법
KR20180097201A (ko) 금속산화막이 껍질로 형성된 연속적 결정성장 구조의 양자점 합성 방법 및 이에 의해 제조된 양자점
JPWO2016185932A1 (ja) コアシェル粒子、コアシェル粒子の製造方法およびフィルム
US20110240922A1 (en) Semiconductor nanocrystal and method of preparing the same
KR102020868B1 (ko) 양자점 함유 복합체 및 이의 제조 방법
US20220154071A1 (en) Iii-v-based quantum dot and method of manufacturing same
KR20180105503A (ko) 양자점의 제조 방법 및 이로 제조된 양자점
KR20120054721A (ko) 코어-쉘 구조의 저독성 반도체 나노입자 및 이의 제조 방법
KR101334694B1 (ko) 두꺼운 껍질을 가지는 핵-껍질 구조의 양자점 제조방법 및 이를 포함하는 광변환 발광다이오드
Zeng et al. Well-resolved oil-soluble Au-doped ZnCdS quantum dots and enhancing doping emission with In-codoping
WO2018135434A1 (ja) 可視蛍光を発するＣｄを含まないコロイダル量子ドット及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171018

Year of fee payment: 4