KR20120076709A - A quantum dot manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A manufacturing method of quantum dot is provided to easily control the size of quantum dot according to intensity and irradiation time of electron beam, to easily manufacture quantum dot and quantum rod, and to improve working efficiency. CONSTITUTION: A manufacturing method of quantum dot comprises: a step of obtaining solution by dispersing metal of group 12, or metal precursor of group 12 into distilled water; a step of obtaining solution in which thiol comprising mercapto group, or dithiol ligand is sprayed into a distilled water; a step of mixing and stirring respective solution; and a step of irradiating the mixed solution with electron beam; and the metal of group 12 consists of one selected from Cd, Zn, and Hg. In the first step, the size of the quantum dot is varied according to the concentration of the group 12 metal or the group 12 metal precursor.

Description

양자점 제조방법{A Quantum Dot Manufacturing Method}Quantum dot manufacturing method

본 발명은 양자점 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 방법으로 양자점 및 양자막대의 크기를 제어할 수 있는 양자점 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum dot manufacturing method, and more particularly to a quantum dot manufacturing method that can control the size of the quantum dot and the quantum rod in a simple manner.

화합물 반도체 물질을 나노 크기의 결정으로 제조하게 되면 그 물질의 벌크 엑시톤 보어반경(bulk exciton bohr radius) 보다 작은 영역에서 양자 구속(quantum confinement)효과가 나타나게 되고, 이러한 양자 구속 효과에 의하여 반도체 물질의 특성으로 나타나던 밴드 갭 에너지가 변화하게 된다. 원래의 화합물 반도체 물질이 가시광 영역에서 발광을 하는 경우, 나노 결정으로 만들어 크기를 즐여가면 특정한 크기 이하에서 밴드 갭 에너지가 변화하기 시작하여 에너지가 점점 증가하게 되고, 발광 영역이 청색 영역으로 이동하는 청색천이(blue shift)가 관찰된다. 이러한 양자점 물질의 특성을 이용하여, 물질 자체의 특성과, 구조, 형태, 크기를 조절하여 해당 밴드 갭을 조절하여 다양한 에너지 준위를 만들어 낼 수 있다. When the compound semiconductor material is made of nano-sized crystals, the quantum confinement effect is shown in the region smaller than the bulk exciton bohr radius of the material. The band gap energy that appears as will change. When the original compound semiconductor material emits light in the visible region, when it is made of nanocrystals and enjoys the size, the band gap energy begins to change below a certain size, and the energy gradually increases, and the emission region moves to the blue region. A blue shift is observed. By using the properties of the quantum dot material, it is possible to create a variety of energy levels by adjusting the band gap by adjusting the properties, structure, shape, size of the material itself.

양자점 성장 제어 기술은 신개념 미래 반도체 소자의 기술 개발 가운데 가장 중요한 기술로 주목 받고 있다. 특히 기존의 기상 증착 방법인 MOCVD, MBE 등은 반도체 박막을 단일 원자 층 수준으로 제어할 수 있고, 양자점을 성장시키고 제어할 수 있는 좋은 성장 기술이라고 할 수 있다. Quantum dot growth control technology is attracting attention as the most important technology in the development of new concept future semiconductor devices. In particular, conventional vapor deposition methods such as MOCVD and MBE can control semiconductor thin films at the level of a single atomic layer, and can be said to be good growth technologies for growing and controlling quantum dots.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다. However, the above-described prior art has the following problems.

종래에서와 같은 방식으로 양자점을 제조하는 경우, 양자점을 제조하는 변수가 많아져 양자점의 크기 등을 간단하게 제어할 수 없어, 작업자의 요구와 상관없이 양자점이 다양하게 만들어져 제조효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서 여러 분야에 적용을 위한 나노결정을 고품질로 준비하기 위해 나노결정의 여러 가지 합성 방법중 콜로이드 화학 합성 방법이 사이즈 및 모양 조절에 있어서 가장 적합한 방법이다.In the case of manufacturing the quantum dots in the same manner as in the prior art, there are many variables to manufacture the quantum dots, so that the size of the quantum dots cannot be easily controlled, and there is a problem that the quantum dots are made variously regardless of the operator's request, resulting in low manufacturing efficiency. . Therefore, colloidal chemical synthesis is the most suitable method for controlling the size and shape of nanocrystals in order to prepare nanocrystals for high quality.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자빔 조사를 통해 수용성 방법으로 양자점의 성장크기를 간단하게 제어할 수 있는 양자점 제조의 원팟 합성 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a one-pot synthesis method of quantum dot production that can easily control the growth size of the quantum dot by a water-soluble method through electron beam irradiation.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명인 양자점 제조방법은, 12족 금속 또는 12족 금속 전구체를 증류수에 분산시켜 용액을 얻는 제 1단계와, 메르캅토기가 포함된 티올 또는 디티올리간드를 증류수에 분사시킨 용액을 얻는 제 2단계와, 상기 각각의 용액을 혼합하여 교반하는 제 3단계와, 상기 혼합된 용액에 전자빔을 조사하는 제 4단계를 포함하여 구성될 수 있다.  According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a method for producing a quantum dot, the first step of obtaining a solution by dispersing a Group 12 metal or Group 12 metal precursor in distilled water, and a mercapto group And a third step of obtaining a solution in which thiol or dithioligand is injected into distilled water, a third step of mixing and stirring the respective solutions, and a fourth step of irradiating an electron beam to the mixed solution. have.

본 발명에 의한 양자점 제조방법에서는 다음과 같은 효과가 있다. In the quantum dot manufacturing method according to the present invention has the following effects.

양자점의 제조공정이 간단하게 이루어져, 전자빔의 세기와 조사시간에 따라 양자점의 크기를 간단하게 조절할 수 있어, 원하는 크기의 양자점 및 양자막대를 간단하게 제조할 수 있어 작업효율이 높아지는 효과가 있다.Since the manufacturing process of the quantum dot is made simple, the size of the quantum dot can be easily adjusted according to the intensity and irradiation time of the electron beam, so that the quantum dot and the quantum rod having a desired size can be easily manufactured, thereby increasing work efficiency.

도 1은 본 발명에 의한 양자점 제조방법의 순서를 보인 순서도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 양자점 제조방법에 의해 제조되는 양자점 및 양자나노막대의 실험예를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 의한 양자점 제조방법에 의해 SH본드와 CdS본드의 결합과 분리 상태를 보인 FT-IR선도.
1 is a flow chart showing the procedure of the quantum dot manufacturing method according to the present invention.
2a to 2c is a view showing an experimental example of a quantum dot and a quantum nano-rod manufactured by the method for manufacturing a quantum dot according to the present invention.
Figure 3 is an FT-IR diagram showing the bonding and separation state of the SH bond and CdS bond by the quantum dot manufacturing method according to the present invention.

이하, 본 발명에 의한 양자점 제조방법의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the quantum dot manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명인 양자점 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 12족 금속 또는 12족 금속의 전구체의 용액을 얻는 제 1단계와, 메르캅토기가 포함된 티올 또는 디티올 리간드가 용해된 용액을 얻는 제 2단계와, 상기 각각의 용액을 혼합하여 교반하는 제 3단계와, 상기 용액에 전자빔을 조사하는 제 4단계를 포함하여 구성될 수 있다. In the present invention, the method for preparing a quantum dot, as shown in FIG. And a second step, a third step of mixing and stirring the respective solutions, and a fourth step of irradiating an electron beam to the solution.

먼저, 본 발명인 양자점 제조방법에서는 12족 금속 또는 12족 금속 전구체가 사용된다. 상기 12족 금속은 예를 들면, Cd, Zn, Hg 등을 들 수 있으며, 이들 중 단독 또는 혼합물을 사용할 수 있다. First, in the quantum dot manufacturing method of the present invention, a Group 12 metal or a Group 12 metal precursor is used. Examples of the Group 12 metals include Cd, Zn, Hg, and the like, or a mixture thereof may be used.

그리고, 상기 12족 금속 전구체는 예를 들면 CdCl2, Cd(OH)2, CdO, CdSO4, C4H6CdO4?2H2O, Cd(CH3)2, Cd(NO3)2?4H2O 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.In addition, the Group 12 metal precursor is, for example, CdCl 2 , Cd (OH) 2 , CdO, CdSO 4 , C 4 H 6 CdO 4? 2H 2 O, Cd (CH 3 ) 2 , Cd (NO 3 ) 2? It may be composed of any one or more of 4H 2 O.

여기서, 상기 CdCl2를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 아래에서 설명될 제 4단계에서 혼합될 때 메르캅토기의 클로라이드와 반응이 일어나도록 하기 위함이다. Here, it is preferable to use the CdCl 2 . This is to cause a reaction with the chloride of the mercapto group when mixed in the fourth step described below.

먼저, 상기 12족 금속의 브로마이드를 반응시키기 위해 물에 분산시켜 12족 금속의 브로마이드 용액(이하 제 1용액이라 함)을 만든다. 이때, 상기 물은 증류수가 바람직하다. 이는 상기 물에 이물질이 혼합되어 다른 반응이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. First, the bromide of the Group 12 metal is dispersed in water to make a bromide solution of the Group 12 metal (hereinafter referred to as a first solution). At this time, the water is preferably distilled water. This is to prevent other reactions from being mixed with the foreign matter in the water.

그리고, 상기 12족 금속 전구체와 반응을 위한 메르캅토기가 포함된 티올 또는 디티올의 리간드가 포함된 용액(이하 제 2용액이라 함)을 만든다. 상기 메르캅토기의 클로라이드가 상기 12족 금속과 반응하여 양자점이 만들어지도록 하기 위함이다. Then, a solution containing a ligand of thiol or dithiol containing a mercapto group for reaction with the Group 12 metal precursor is made (hereinafter referred to as a second solution). The chloride of the mercapto group is to react with the Group 12 metal to form a quantum dot.

상기 메르캅토기가 포함된 디올 또는 디티올은 예를 들면 2,3-디메르캅토-1-프로페놀(2,3-Dimercapto-1-propanol), 2-메르캅토에탄올(2-Mercaptoethanol), 1,3-프로펜디티올(1,3-Propanedithiol), 3-메르캅토프로피오닉산(3-Mercaptopropionic acid) 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.The diol or dithiol containing the mercapto group is, for example, 2,3-dimercapto-1-prophenol (2,3-Dimercapto-1-propanol), 2-mercaptoethanol (2-Mercaptoethanol), It may be composed of any one or more of 1,3-propanedithiol (1,3-Propanedithiol), 3-mercaptopropionic acid (3-Mercaptopropionic acid).

상기 메르캅토기가 포함되는 티올 또는 디티올 용액은, 상기 메르캅토기가 포함되는 티올 또는 디티올을 수용액에 분산시킨다. 이때, 상기 물은 상술한 12족 금속의 전구체에서와 같이, 증류수에 분산시키는 것이 바람직하다. The thiol or dithiol solution containing the mercapto group disperses the thiol or dithiol containing the mercapto group in an aqueous solution. At this time, the water is preferably dispersed in distilled water, as in the above-described precursor of the Group 12 metal.

또한, 상기 메르캅토기가 포함되는 티올 또는 디티올 용액의 농도는 2mM 내지 3mM로 구성할 수 있으며, 2.5mM로 구성하는 것이 바람직하다.  In addition, the concentration of the thiol or dithiol solution containing the mercapto group may be composed of 2mM to 3mM, preferably composed of 2.5mM.

그리고, 상기 제 1용액과 제 2용액을 혼합한다. 이때, 상기 제 1용액의 12족 금속의 전구체와 상기 제 2용액의 티올 또는 디티올의 리간드가 서로 고르게 혼합될 수 있도록 교반하는 것이 바람직하다. 상기 교반과정은 실험실온도에서 30분 내지 10시간 정도 교반하는 것이 바람직하다. Then, the first solution and the second solution are mixed. At this time, it is preferable to stir so that the precursor of the Group 12 metal of the first solution and the ligand of the thiol or dithiol of the second solution may be evenly mixed with each other. The stirring process is preferably stirred for 30 minutes to 10 hours at the laboratory temperature.

상기 교반하는 과정이 종료되면, 상기 혼합된 용액에 전자빔을 조사한다. 상기 전자빔을 조사하는 이유는, 상기 12족 금속 전구체의 12족 금속과, 상기 메르캅탄기의 S가 반응하여, 예를 들면 CdS가 만들어지도록 하기 위함이다. When the stirring is finished, the mixed solution is irradiated with an electron beam. The reason for irradiating the electron beam is to cause the Group 12 metal of the Group 12 metal precursor and the S of the mercaptan group to react, for example, to form CdS.

상기 전자빔은 0.1MeV 내지 10MeV의 에너지에 선량 10 내지 300kGy로 상기 혼합용액을 조사할 수 있다. The electron beam may irradiate the mixed solution at a dose of 10 to 300 kGy at an energy of 0.1 MeV to 10 MeV.

상술한 과정에 의해 상기 CdS분자의 크기가 커지면서, 양자점이 형성되고, 양자나노로드가 만들어진다. 이때, 상기 전자빔에 의해, 12족 금속인 Cd와 메르캅토기의 결합에서 CdS분자만 남고 나머지 부분이 전자빔에 의해 절단된다. As the size of the CdS molecule increases by the above-described process, quantum dots are formed and quantum nanorods are made. At this time, by the electron beam, only the CdS molecules remain in the bond between the group 12 metal Cd and the mercapto group, and the remaining part is cut by the electron beam.

이는, 전자빔 조사전인 도 3의 상단과 전자빔 조사후인 도 3의 하단에서와 같이, SH결합이 사라지고, CdS의 결합밴드가 나타나는 것을 보면 알 수 있다. This can be seen from the upper end of FIG. 3 before the electron beam irradiation and the lower end of FIG. 3 after the electron beam irradiation, where the SH bond disappears and the bond band of CdS appears.

여기서, 상기 CdS의 크기와 길이는 제 1용액과 제 2용액의 상대적인 농도차이로 인해 제어할 수 있다. 이하 상기 CdS의 크기와 길이의 제어방법을 상세하게 설명한다. Here, the size and length of the CdS may be controlled due to the difference in concentration between the first solution and the second solution. Hereinafter, a method of controlling the size and length of the CdS will be described in detail.

도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 실험에서는 상기 제 1용액과 제 2용액 중 상기 제 2용액을 고정하고 상기 제 1용액의 농도를 조절한 것이다. 물론 제 1용액의 농도를 고정시키고 제 2용액의 농도를 조절해도 상관없다. As shown in Figure 2a to 2c, in the present experiment is to fix the second solution of the first solution and the second solution and to adjust the concentration of the first solution. Of course, the concentration of the first solution may be fixed and the concentration of the second solution may be adjusted.

본 실험에서는 상기 제 1용액의 농도를 0.4mM, 2mM, 5mM로 하고, 상기 제 2용액을 2.5mM로 고정하였다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 제 1용액의 농도가 0.4mM인 경우에는, 양자점이 형성된 것을 볼 수 있다. In this experiment, the concentrations of the first solution were 0.4 mM, 2 mM, and 5 mM, and the second solution was fixed at 2.5 mM. As shown in FIG. 2A, when the concentration of the first solution is 0.4 mM, it can be seen that quantum dots are formed.

그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1용액의 농도가 2mM인 경우에는, 양자점의 상기 0.4mM보다 상대적으로 커짐을 알 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1용액의 농도가 5mM인 경우에는, 상기 양자점이 커지면서 양자나노막대가 형성됨을 알 수 있다. And, as shown in Figure 2b, it can be seen that when the concentration of the first solution is 2mM, it is relatively larger than the 0.4mM of the quantum dot. As shown in FIG. 2C, when the concentration of the first solution is 5 mM, it can be seen that a quantum nanorod is formed as the quantum dot increases.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

Claims (5)

12족 금속 또는 12족 금속 전구체를 증류수에 분산시켜 용액을 얻는 제 1단계;
메르캅토기가 포함된 티올 또는 디티올리간드를 증류수에 분사시킨 용액을 얻는 제 2단계;
상기 각각의 용액을 혼합하여 교반하는 제 3단계; 그리고,
상기 혼합된 용액에 전자빔을 조사하는 제 4단계;를 포함하여 구성되는 양자점 제조방법.
A first step of dispersing a Group 12 metal or Group 12 metal precursor in distilled water to obtain a solution;
A second step of obtaining a solution obtained by spraying thiol or dithioligand including a mercapto group in distilled water;
A third step of mixing and stirring the respective solutions; And,
And a fourth step of irradiating the mixed solution with an electron beam.
제 1항에 있어서,
상기 12족 금속은,
Cd, Zn, Hg 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
The method of claim 1,
The Group 12 metal,
Qd, Zn, Hg quantum dot manufacturing method characterized in that it is composed of any one.
제 1항에 있어서,
상기 제 1단계에서,
12족 금속 또는 12족 금속 전구체의 농도를 달리하면 양자점의 크기가 달라지는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
The method of claim 1,
In the first step,
A method of manufacturing a quantum dot, characterized in that the size of the quantum dot is changed by varying the concentration of the Group 12 metal or Group 12 metal precursor.
제 1에 있어서,
상기 제 2단계에서,
30분 내지 10시간 교반하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
According to claim 1,
In the second step,
Quantum dot manufacturing method characterized in that the stirring for 30 minutes to 10 hours.
제 1항에 있어서,
상기 제 3단계에서,
0.1 내지 10-MeV의 전자빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 양자점 제조방법.
The method of claim 1,
In the third step,
A method for manufacturing a quantum dot, characterized in that for irradiating an electron beam of 0.1 to 10-MeV.
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