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KR101738551B1 - 반도체 나노 결정 - Google Patents

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KR101738551B1
KR101738551B1 KR1020100060233A KR20100060233A KR101738551B1 KR 101738551 B1 KR101738551 B1 KR 101738551B1 KR 1020100060233 A KR1020100060233 A KR 1020100060233A KR 20100060233 A KR20100060233 A KR 20100060233A KR 101738551 B1 KR101738551 B1 KR 101738551B1
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semiconductor nanocrystals
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Abstract

ZnSe, ZnTe, ZnS, ZnO 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코어, 코어를 둘러싸고 있으며, III-V족 반도체를 포함하는 제1 층을 포함하는 반도체 나노 결정이 제공된다.

Description

반도체 나노 결정{SEMICONDUCTOR NANOCRYSTAL}
발광효율이 높고, 반치폭이 좁은 반도체 나노 결정이 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 크기 및 조성을 조절함으로써 에너지 밴드 갭의 조절이 가능하고 색순도가 높은 발광특성을 가지고 있으므로, 디스플레이 소자, 에너지 소자 또는 생체 발광 소자 등으로의 다양한 응용 개발이 이루어지고 있다.
기존의 Cd을 포함한 반도체 나노결정은 우수한 특성을 발현하는 것으로 많은 연구 결과들이 보고되어 왔지만, Cd의 환경문제가 대두되면서 Cd을 포함하지 않는 환경친화적이고 인체에 안전한 나노 발광 물질을 개발하기 위하여 노력하고 있다.
한편, 가시광 영역을 발광할 수 있는 나노 결정의 종류는 물질 고유의 밴드갭에 의해 선택되어야 하므로, 물질 선정에 제약이 큰 편이다. III-V족 반도체의 경우, InP를 기본으로 하는 나노 결정의 합성 조건 및 밴드갭 등이 적당하여, InP에 기초한 나노 결정에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 원래 InP는 적외선 영역을 발광하는 물질이며, 그 밴드갭은 약 1.4 eV로서 비교적 작은 편에 속한다. InP를 나노 크기로 만들어 밴드갭을 크게 하면, InP 나노 결정은 청색 영역을 발광할 수 있으나, 그 크기가 너무 작아지므로 나노 결정의 안정성이 떨어질 수 있다. 이외에도 습식 방법으로 합성이 비교적 용이한 InAs 등도 그 밴드갭이 대략 0.9 eV로 아주 작기 때문에, 가시광을 발광하는 나노 결정을 합성하는데 어려움이 있다. 또한, III-V족 전구체는 II-VI족 전구체에 비하여 반응성이 떨어지므로, 나노 결정이 성장되는 반응 속도가 느려지고, 결국 III-V족 나노 결정의 크기 분포는 II-VI 나노 결정보다 균일하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 측면은 반도체 나노 결정의 크기를 비교적 크게 유지하여 동일한 에너지 밴드갭을 가지면서도 나노 결정의 안정성을 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 반도체 나노 결정의 반응성을 개선하여 나노 결정의 크기 분포를 균일하게 하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 반도체 나노 결정의 발광 효율을 높이기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 반도체 나노 결정의 색순도를 높이기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 친환경적인 반도체 나노 결정을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 반도체 나노 결정을 포함하는 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 반도체 나노 결정 복합체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체 나노 결정은 ZnSe, ZnTe, ZnS, ZnO 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 직경이 2-5 nm이고, 발광 파장이 405-530 nm인 코어, 그리고 상기 코어를 둘러싸고 있으며, III-V족 반도체를 포함하는 제1 층을 포함하고, 발광 파장은 가시광 영역 또는 적외선 영역에 위치하고, 발광 파장의 반치폭(full width of half maximum)은 60 nm이하일 수 있다. 발광 파장의 반치폭이 좁을수록 나노결정의 크기가 균일하고 형태가 균일한 특성을 보이므로, 바람직하게는 50nm 이하, 더욱 바람직하게는 35nm 이하를 유지하는 것이 좋고, 35nm 이하의 경우 디스플레이에 적용시 우수한 색감 (color gamut)을 나타낼 수 있다. 또한 한 개의 입자 정도의 균일도를 유지한다면 10nm 이상의 반치폭을 유지할 수도 있다.
상기 코어의 반치폭은 10-30 nm일 수 있다. 코어의 반치폭은 코어 나노결정의 크기가 균일하고 형태가 균일한 특성을 보이는 것으로, 코어 위에 성장된 멀티쉘 나노결정의 반치폭을 60nm 이하로 좁게 유지하기 위해서는 코어의 반치폭이 10-30nm를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 코어는 발광 효율이 20 % 이상일 수 있으며, 상기 코어는 밴드 에지 발광(band edge emission)만 나타낼 수 있다. 또한, 상기 코어는 트랩 발광(trap emission)이 억제되어 나타나지 않을 수 있다. 코어의 발광 효율은 응용 분야에 따라 차이가 있을 수 있으나, 표면의 결함을 제거하게 되면 30% 이상을 나타낼 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40% 이상을 나타낼 수 있다.
상기 제1 층의 두께는 0.3-2 nm일 수 있다.
상기 코어에 포함되어 있는 물질은 상기 제1 층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭이 클 수 있다. 상기 제1 층은 AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 가시광 영역 및 상기 적외선 영역은 410-1200 nm일 수 있다.
상기 반도체 나노 결정은 제1 층을 둘러싸고 있으며, II-VI족 반도체 또는 III-V족 반도체를 포함하는 제2 층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 층에 포함되어 있는 물질은 상기 제1 층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 클 수 있다. 상기 제2 층은 ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 코어를 구성하는 반도체 나노 결정 제조용 조성물은 Se 전구체, Te 전구체, S 전구체, O 전구체 또는 이들의 혼합물, Zn 전구체, 그리고 계면 활성제를 포함하고, 코어의 직경이 2-5 nm이고, 발광 파장이 405-530 nm일 수 있다.
또한 코어를 구성하는 조성물은 III 족 전구체 및 V 족 전구체를 더 포함할 수 있다. 또한 조성물은 II 족 전구체 및 VI 족 전구체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 나노 결정 복합체는 매트릭스 내에 상기 물과 혼합되는 단계를 거친 후 발광효율이 향상된 반도체 나노 결정이 위치한다.
상기 매트릭스는 에폭시, 아크릴레이트, 폴리에틸렌, 실리콘 등의 투명한 고분자 재료 또는 실리카, 알루미나, 타이타니아, 지르코니아 등의 무기 재료 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광 소자는 상기 반도체 나노 결정을 발광 재료로 포함한다. 상기 발광 소자는 전류 구동형일 수 있으며, 광전환 형일 수도 있다.
반도체 나노 결정의 안정성, 발광 효율, 색순도 등이 개선될 수 있고, 나노 결정의 크기 분포가 균일할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정을 나타내는 단면도이다.
도 2는 반도체 나노 결정을 포함하는 전류구동형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 반도체 나노 결정을 포함하는 광 전환형 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 XRD (X-ray diffraction) 그래프이다.
도 5A 내지 도 5C는 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 전자현미경 (TEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 120도 공기 중에서의 열적 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 7A 및 도 7C는 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼이다.
도 8은 비교예에 따른 반도체 나노 결정의 발광 스펙트럼이다.
도 9A 및 도 9B는 비교예에 따른 반도체 나노 결정의 TEM 사진이다.
도 9C는 비교예에 따른 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.
그러면, 반도체 나노 결정에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
반도체 나노 결정은 II-VI 족 반도체를 포함하는 코어, 코어를 둘러싸고 있으며 III-V족 반도체를 포함하는 제1 층을 포함하고, 반도체 나노 결정의 발광 파장의 반치폭 (full width of half maximum, FWHM)은 대략 60 nm이하이며, 반도체 나노 결정의 발광 파장은 가시광 영역 또는 적외선 영역에 위치한다. 예를 들어, 가시광 영역 및 적외선 영역은 대략 410-1200 nm일 수 있다. 발광 파장의 반치폭이 좁을수록 나노결정의 크기가 균일하고 형태가 균일한 특성을 보이므로, 바람직하게는 50nm 이하, 더욱 바람직하게는 35nm 이하를 유지하는 것이 좋고, 35nm 이하의 경우 디스플레이에 적용시 우수한 색감 (color gamut)을 나타낼 수 있다. 또한 한 개의 입자 정도의 균일도를 유지한다면 10nm 이상의 반치폭을 유지할 수도 있다.
코어의 직경은 대략 2-10 nm일 수 있고 코어의 반치폭은 대략 10-30 nm일 수 있다. 코어의 반치폭은 코어 나노결정의 크기가 균일하고 형태가 균일한 특성을 보이는 것으로, 코어 위에 성장된 멀티쉘 나노결정의 반치폭을 60nm 이하로 좁게 유지하기 위해서는 코어의 반치폭이 10-30nm를 유지하는 것이 바람직하다.
특히, 코어는 Zn-Se, Zn-Te, ZnS, ZnO 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 코어의 직경이 대략 2-5 nm이고, 코어의 발광 파장이 대략 405-530 nm인 경우, 반도체 나노 결정의 색순도 등이 개선될 수 있다. 코어의 직경이 3.5 nm이하인 경우 반도체 나노 결정의 색순도 등이 더욱 개선될 수 있다. 나아가, 코어가 II-VI 족 반도체를 포함하는 반도체 나노 결정은 코어가 III-V 족 반도체를 포함하는 반도체 나노 결정보다 밴드갭이 크므로, 나노 결정의 안정성이 더 높다. 또한, Cd을 포함하고 있지 않으므로, 더욱 친환경적이다.
나아가, 코어 자체의 발광 효율은 대략 20 % 이상이며, 밴드 에지 발광(band edge emission)만 나타내며, 트랩 발광(trap emission)을 나타내지 않을 수 있다. 여기서 밴드 에지 발광은 코어에 포함되어 있는 물질의 밴드 갭에 대응되는 에너지가 빛으로 방출되는 것을 의미하며, 트랩 발광은 밴드 갭 사이에 위치한 트랩에 의해서 적색 천이(red-shifted)된 에너지 피크를 나타내는 것으로서, 나노 결정의 발광 효율을 감소시킬 수 있다. 아울러, 코어의 발광 효율은 응용 분야에 따라 차이가 있을 수 있으나, 표면의 결함을 제거하게 되면 30% 이상을 나타낼 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40% 이상을 나타낼 수 있다.
코어의 직경이 대략 2 nm 보다 작은 경우, 밴드 에지 발광 이외에 트랩 발광이 나타나므로 발광 효율이 감소될 수 있으며, 나노 결정의 안정성이 감소될 수 있다. 또한 코어의 직경이 대략 2 nm 보다 작은 경우, 나노 결정의 크기 분포가 균일하지 않고 반치폭이 크므로, 색순도가 낮을 수 있다.
코어를 둘러싸고 있는 제1 층의 두께는 대략 0.3-2 nm일 수 있다. 제1 층의 두께에 기초하여 반도체 나노 결정의 발광 파장이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 층의 두께가 두꺼워질수록, 반도체 나노 결정의 발광 파장은 길어진다. 제1 층은 단층일 수도 있으며, 2 개 이상의 층으로 이루어진 복합층일 수도 있다.
또한 반도체 나노 결정은 제1 층을 둘러싸고 있으며 II-VI족 반도체 또는 III-V족 반도체를 포함하는 제2 층을 더 포함할 수 있다. 제2 층에 포함되어 있는 물질은 제1 층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭이 더 크다. 또한, 코어에 포함되어 있는 물질은 제1 층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭이 더 크다.
제1 층은 III-V족 반도체를 포함한다. III족 원소는 Al, Ga, In, Ti 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, V족 원소는 P, As, Sb, Bi 또는 이들이 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 층은 AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
제 2층은 II-VI족 반도체 또는 III-V족 반도체를 포함한다. II족 원소는 Zn, Cd, Hg 또는 이들이 조합이 사용될 수 있으며, VI족 원소는 O, S, Se, Te 또는 이들이 조합이 사용될 수 있다. III족 원소와 V족 원소는 전술한 것과 같다. 예를 들어, 제2 층은 ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 나노 결정을 나타내는 단면도이다. 즉, 코어가 ZnSe, 제1 층이 InP, 제2 층이 ZnS인 반도체 나노 결정이다. 하지만, 반도체 나노 결정의 코어, 제1 층 및 제2 층은 도 1의 실시예에 제한되지 않는다.
그러면, 반도체 나노 결정의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 전술한 반도체 나노 결정과 중복되는 설명은 생략한다.
반도체 나노 결정의 제조 방법은 먼저, II 족 전구체, VI 족 전구체, 계면 활성제 및 용매를 혼합하고, 열분해(thermal decomposition)하여 II-VI족 반도체를 포함하는 코어를 형성하여, 제1 용액을 준비한다.
다음, 별도의 분리 과정 없이, III 족 전구체와 V 족 전구체를 포함하는 혼합물을 제1 용액과 혼합하고, 일정 시간 열처리를 수행하여 코어를 둘러싸고 있는 제1 층을 형성하여, 제2 용액을 준비한다.
다음, II 족 전구체와 V 족 전구체, 또는 III 족 전구체와 V 족 전구체를 제2 용액과 혼합하여, 제1 층을 둘러싸고 있는 제2 층을 형성하여, 반도체 나노 결정이 포함되어 있는 제3 용액을 제조한다.
그러면, 반도체 나노 결정 제조용 조성물에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 전술한 반도체 나노 결정과 중복되는 설명은 생략한다.
반도체 나노 결정 제조용 조성물은 II 족 전구체, VI 족 전구체, 그리고 계면 활성제를 포함하고, 코어의 직경이 2-10 nm일 수 있고, 코어의 발광 파장이 405-530 nm일 수 있다.
특히, II 족 전구체가 Zn 전구체이고, VI족 전구체가 Se 전구체, Te 전구체, S 전구체, O 전구체 또는 이들의 혼합물이고, 코어의 직경이 대략 2-10 nm이고, 코어의 발광 파장이 대략 405-530 nm인 경우, 반도체 나노 결정의 색순도 등이 개선될 수 있다. 코어의 직경이 대략 5 nm이하인 경우 반도체 나노 결정의 색순도 등이 더욱 개선될 수 있고, 코어의 직경이 3.5 nm이하인 경우 반도체 나노 결정의 색순도 등이 더욱 개선될 수 있다. 나아가, 코어가 II-VI 족 반도체를 포함하는 반도체 나노 결정은 코어가 III-V 족 반도체를 포함하는 반도체 나노 결정보다 밴드갭이 크므로, 나노 결정의 안정성이 더 높다. 또한, 코어가 II-VI 족 반도체를 포함하는 반도체 나노 결정은 코어가 Cd를 포함하는 반도체 나노 결정보다 더 친환경적이다.
나아가, 코어 자체의 발광 효율은 대략 20 % 이상이며, 밴드 에지 발광만 나타내며, 트랩 발광을 나타내지 않을 수 있다. 코어의 직경이 대략 2 nm 보다 작은 경우, 밴드 에지 발광 이외에 트랩 발광이 나타나므로 발광 효율이 감소될 수 있으며, 나노 결정의 안정성이 감소될 수 있다. 또한 코어의 직경이 대략 2 nm 보다 작은 경우, 나노 결정의 크기 분포가 균일하지 않고 반치폭이 크므로, 색순도가 낮을 수 있다.
반도체 나노 결정 제조용 조성물은 III 족 전구체 및 V 족 전구체를 더 포함할 수 있다. III 족 전구체 및 V 족 전구체는 반도체 나노 결정의 코어를 둘러 싸는 제 1층을 형성하는데 이용될 수 있다. 또한, III 족 전구체 및 V 족 전구체는 제1 층을 둘러싸는 제2 층을 형성하는데 이용될 수도 있다.
코어를 둘러싸고 있는 제1 층의 두께는 대략 0.3-2 nm일 수 있다. 제1 층의 두께에 기초하여 반도체 나노 결정의 발광 파장이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 층의 두께가 두꺼워질수록, 반도체 나노 결정의 발광 파장은 길어진다. 제1 층은 단층일 수도 있으며, 2 개 이상의 층으로 이루어진 복합층일 수도 있다. 코어에 포함되어 있는 물질은 제1 층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭이 더 크다.
반도체 나노 결정 제조용 조성물은 II 족 전구체 및 VI 족 전구체를 더 포함할 수 있다. II 족 전구체 및 VI 족 전구체는 제1 층을 둘러싸는 제2 층을 형성하는데 이용될 수 있다. 제2 층에 포함되어 있는 물질은 제1 층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭이 더 크다.
계면 활성제로는 말단에 -COOH기를 가진 C6-C24의 알칸 또는 알켄, 말단에 -POOH기를 가진 C6-C24의 알칸 또는 알켄, 말단에 -SOOH기를 가진 C6-C24의 알칸 또는 알켄, 말단에 -NH2기를 가진 C6-C24의 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.
반도체 나노 결정 제조용 조성물은 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 유기 용매는 Strongly Coordinating 또는 weakly coordinating 용매를 사용할 수 있고, 또는 noncoordinating 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 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 이상 혼합될 수 있다. 구체적으로, 유기 용매로는 C6-C24의 일차 알킬 아민 (strongly), C6-C24의 이차 알킬 아민 (strongly), C6-C24의 삼차 알킬 아민 (weakly), C6-C24의 일차 알코올 (weakly), C6-C24의 이차 알코올 (weakly), C6-C24의 삼차 알코올 (weakly), C6-C24의 케톤 및 에스테르 (weakly), C6-C24의 질소 또는 황을 포함한 헤테로 고리 화합물 (weakly), C6-C24의 알칸 (noncoordinating), C6-C24의 알켄 (noncoordinating), C6-C24의 알킨 (noncoordinating), 트리옥틸포스핀과 같은 C6-C24의 트리알킬포스핀 (weakly), 트리옥틸포스핀 옥사이드 (strongly) 와 같은 C6-C24의 트리알킬 포스핀 옥사이드 등을 예로 들 수 있다.
반도체 나노 결정에 유기 리간드가 결합될 수 있다. 유기 리간드는 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. 유기리간드는 대략 10 내지 1,000,000 범위의 중량평균 분자량을 가지는 치환 또는 비치환된 탄화수소 화합물일 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 화합물은 알칸, 알켄, 알킨, 방향족 탄화수소 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특히, 유기리간드의 PDI (수평균분자량 /중량평균분자량)는 대략 2 미만일 수 있다.
유기 리간드는 하기 화학식 1로도 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 알키닐기로 치환된 C3 내지 C30의 지환족기; C2 내지 C30의 알케닐기 또는 C2 내지 C30의 알키닐기로 치환된 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.
유기리간드의 X는 반도체 나노 결정과 물리적 또는 화학적으로 결합될 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.
그러면, 반도체 나노 결정 복합체(semiconductor nanocrystal composite)에 대하여 설명한다.
반도체 나노 결정 복합체는 매트릭스 내에 반도체 나노 결정이 위치한다. 매트릭스는 유기 물질, 무기 물질 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)), 폴리비닐카바졸(poly(vinyl carbazol)), 폴리비닐플루오라이드(poly(vinyl fluoride)), 폴리메틸비닐에테르(poly methyl vinyl ether), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐피리딘(poly(vinyl pyridine)), 폴리에틸옥사이드(poly(ethylene oxide)), 폴리알킬아크릴레이트(poly alkylacrylate), 폴리실란(poly(silane)), 폴리카르보네이트(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.
반도체 나노결정을 발광재료로 포함한 발광소자로서, 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.
발광 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 2에 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 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. 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.
반도체 나노결정을 발광재료로 포함한 발광소자의 또 다른 예로서, 도 3을 참고하여 반도체 나노 결정을 발광 재료로 포함하는 광전환형(light-transforming) 발광 소자에 대하여 설명한다.
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 전선으로 연결되어 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 빛이 투과할 수 있는 투명한 유기물 또는 무기물일 수 있다. 반도체 나노 결정(2)은 매트릭스(1) 내에 혼합되고, 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 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 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
<1-1>
1-헥사데실아민 2 mmol과 트리옥틸포스핀옥사이드 8 mmol를 혼합하고, 진공 상태에서 섭씨 150도로 가열한 후 2.5 시간 동안 온도를 유지한다. 한편, 디에틸아연(diethyl zinc) 0.4 mmol과 1M의 트리-n-옥틸포스핀-셀레나이드(tri-n-octylphosphine-selenide) 0.2 mL(0.2 mmol), 트리옥틸포스핀 3 mL를 혼합하여 주입 용액을 준비한다. 상기 진공 상태로 유지한 혼합물을 질소 분위기 하에서 섭씨 320 도로 가열한 후, 가열된 혼합물에 상기 주입 용액을 빠르게 주입한다. 주입 후 섭씨 270도로 1시간 동안 반응시키고, 상온으로 냉각시킨 후, 아연 아세테이트 0.3 mmol을 혼합하고, 섭씨 230 도로 가열한 후 3 시간 동안 온도를 유지하여, ZnSe 나노 결정 용액을 제조할 수 있다.
<1-2>
상기 1-1단계에서 제조된 ZnSe 나노 결정 용액, 옥타데센 8 g 및 팔미트산 92.3 mg를 혼합하고, 진공 상태에서 섭씨 105 도로 가열한 후 2 시간 동안 온도를 유지한다. 한편, 트리부틸포스핀-인듐 0.2 mmol과 트리메틸실릴-3-포스핀 0.2 mmol, 옥타데센 2 mL를 혼합하여 InP 전구체 용액을 준비한다. 상기 진공 상태로 유지한 혼합물을 섭씨 200 도로 가열한 후, 가열된 혼합물에 상기 InP 전구체 용액을 천천히 추가하여, ZnSe/InP 나노 결정 용액을 제조한다.
< 실시예 2 >
상기 실시예 1에서 제조된 ZnSe/InP 나노 결정 용액과 아연 아세테이트 0.3 mmol을 혼합하고, 섭씨 230 도로 가열한 후 4 시간 동안 온도를 유지하여, ZnSe/InP/ZnS 나노 결정 용액을 제조한다. 부가적으로, ZnSe/InP/ZnS 나노 결정 용액에 1-도데칸티올 0.1 mmol을 추가하여 섭씨 230 도에서 1 시간 동안 반응을 유지할 수 있다.
< 실시예 3>
상기 실시예 1의 1-2단계에서 트리부틸포스핀-인듐 0.4 mmol과 트리메틸실릴-3-포스핀 0.4 mmol, 옥타데센 4 mL를 혼합하여 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 ZnSe/InP/ZnS 나노 결정 용액을 제조한다.
결정 입자 관찰
상기 실시예 1의 1-1단계에서 제조된 ZnSe, 실시예 1의 1-2단계에서 제조된 ZnSe/InP, 실시예 2에서 제조된 ZnSe/InP/ZnS 나노 결정 용액을 이용하여, XRD(X-ray diffraction) 패턴을 측정하여 도 4에 도시하였고, TEM 사진을 촬영하여 도 5A 내지 도 5C에 도시하였다.
ZnSe 코어의 XRD 패턴은 벌크 ZnSe 반도체의 XRD 패턴과 일치하는 것을 알 수 있다. ZnSe/InP의 XRD 패턴과 ZnSe/InP/ZnS XRD 패턴의 피크 이동에 의해 코어/쉘 구조의 나노 결정, 코어/쉘/쉘 구조의 나노 결정이 형성되었음을 알 수 있다.
도 5A는 ZnSe 나노 결정의 TEM 사진이며, ZnSe 나노 결정의 평균 직경이 대략 3 nm인 것을 알 수 있다. 도 5B는 ZnSe/InP 나노 결정의 TEM 사진이며, ZnSe/InP 나노 결정의 평균 직경이 대략 4-4.5 nm인 것을 알 수 있다. 도 5C는 ZnSe/InP/ZnS 나노 결정의 TEM 사진이며, ZnSe/InP/ZnS 나노 결정의 평균 직경이 대략 6-7 nm인 것을 알 수 있다. 도5A 내지 도 5C에 의해 나노 결정의 입자 크기가 비교적 크고, 나노 결정의 입자 크기가 균일한 것을 알 수 있다.
상기 실시예 1 및 2에서 제조된 나노 결정 용액을 이용하여, ICP-MS(induced coupled plasma mass spectroscopy)를 측정하여 하기 표 1에 기재하였다. 하기 표 1에서 알 수 있는 것처럼, InP 쉘과 ZnS 쉘이 형성된 것을 알 수 있다.
S Zn Se P In
실시예 1
(ZnSe/InP)		 (mmol) 0 6.591 3.622 7.522 6.294
(mol%) 0 27.43 15.07 31.30 26.20
실시예 2
(ZnSe/InP/ZnS)		 (mmol) 19.616 5.307 2.153 4.746 3.743
(mol%) 55.13 14.91 6.15 13.30 10.51
안정성 측정
상기 실시예 2에서 제조된 나노 결정 용액을 이용하여, 안정성을 측정한 결과를 도 6에 도시하였다. 암실에서 나노 결정 용액을 섭씨 120도에서 24 시간 동안 유지한 후 발광 강도의 변화를 측정하였다. 도 6에 의해, 열적 안정성이 개선된 것을 알 수 있다.
발광 스펙트럼의 측정
상기 실시예 1의 1-1 단계, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 나노 결정 용액을 이용하여, 발광 스펙트럼을 측정하고, 발광 효율, 발광 스펙트럼의 최대 피크를 나타내는 파장과 발광 스펙트럼의 반치폭을 하기 표 2에 기재하였다. 하기 표 2에서 알 수 있는 것처럼, ZnSe 코어 자체의 발광 효율이 43%로 높다. 또한 ZnSe/InP/ZnS 나노 결정은 녹색과 적색을 발광하며, 발광 효율이 높고, 반치폭은 35 nm이하로 색순도가 높은 것을 알 수 있다
발광효율(%) 최대 피크 ( nm ) 반치폭 ( nm )
실시예 1-1
( Initial ZnSe ) 		43 404 29
실시예 2
( ZnSe / InP / ZnS ) 		46 543 35
실시예 3
( ZnSe / InP / ZnS ) 		58 613 34
< 실시예 4>
상기 실시예1의 1-1단계와 동일하게 수행하여, ZnSe 나노 결정 용액을 제조하고, 상기 실시예1의 1-2단계의 트리부틸포스핀-인듐 0.4 mmol과 트리메틸실릴-3-포스핀 0.4 mmol, 옥타데센 4 mL를 혼합하여 InP 전구체 용액을 준비한 후, 각각 일정량(0.5ml, 1ml, 1.7ml, 2.4ml, 3.4ml)을 주입하고 반응 용액을 취하여 발광 스펙트럼을 분석하여 도 7A에 나타내었다.
< 실시예 5>
반응 온도를 250도로 낮춘 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 1-1단계와 동일하게 수행하여, ZnSe 나노 결정 용액을 제조하고, 상기 실시예 1의 1-2단계의 트리부틸포스핀-인듐 0.4 mmol과 트리메틸실릴-3-포스핀 0.4 mmol, 옥타데센 4 mL를 혼합하여 InP 전구체 용액을 준비한 후, 각각 일정량(0.5ml, 1ml, 1.7ml, 2.4ml)을 주입하고 반응 용액을 취하여 발광 스펙트럼을 분석하여 도 7B에 나타내었다.
< 비교예 1>
반응 온도를 300도로 높인 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 1-1단계와 동일하게 수행하여, ZnSe 나노 결정 용액을 제조하고, 상기 실시예 1의 1-2단계의 트리부틸포스핀-인듐 0.4 mmol과 트리메틸실릴-3-포스핀 0.4 mmol, 옥타데센 4 mL를 혼합하여 InP 전구체 용액을 준비한 후, 각각 일정량(0.5ml, 1ml, 1.7ml, 2.4ml, 3.4ml)을 주입하고 반응 용액을 취하여 발광 스펙트럼을 분석하여 도 8에 나타내었다.
상기 실시예 4에서 제조된 ZnSe 코어의 평균 직경은 대략 2 nm이상이고, 쉘의 두께는 대략 1 nm 이상이다. 상기 실시예 4에서 제조된 ZnSe 코어 자체의 발광 파장은 대략 407 nm이며, 상기 실시예 5에서 제조된 ZnSe 코어 자체의 발광 파장은 대략 437 nm이다. 도 7A및 도 7B에 도시된 것처럼, 상기 실시예 4 및 5에서 제조된 나노 결정은 밴드 에지 발광만 나타내며, 트랩 발광이 억제되어 나타나지 않는 것을 알 수 있으며, 발광 효율이 높은 상태를 유지하면서 InP 쉘이 형성되는 것을 알 수 있다.
상기 비교예 1에서 제조된 ZnSe 코어의 평균 직경은 대략 2 nm 이하이며, 이 경우 쉘을 포함하는 나노 결정의 크기가 작아질 수 있으며, 나노 결정의 안정성이 떨어질 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 것처럼, 상기 비교예 1에서 제조된 나노 결정은 밴드 에지 발광과 트랩 발광을 모두 나타내는 것을 알 수 있다.
< 비교예 2>
헥사데실아민(150g)을 플라스크에 넣고 120℃에서 1시간 동안 건조한 후, 질소 분위기에서 [Zn10S4(SPh)16][Et3NH4] (5g)을 추가하고, 트리옥틸포스핀셀레나이드(3.53ml)를 더 추가하였다. 온도를 280℃까지 상승시켰다 다시 냉각하여 ZnSe 코어를 합성한다.
디부틸 에스테르(dibutyl ester; 50ml) 및 스테아르산(stearic acid; 5.65g)를 플라스크에 넣고 1 시간 동안 90℃로 가열하여 건조하고, 상기 제조된 ZnSe 코어를 더하고 (0.5g), 트리메틸인듐 (1.125ml) 및 트리메틸실릴-3-포스핀 (1.125ml)를 추가하면서 온도를 180℃로 상승시켜 10분 간 180℃로 유지한 후에 200℃로 상승시켰다. 200℃에서 트리메틸인듐 (2.25ml) 및 트리메틸실릴-3-포스핀 (2.25ml)를 더 추가했다. 다시 온도를 220℃로 상승시키고 마지막으로 트리메틸인듐 (3.375ml) 및 트리메틸실릴-3-포스핀 (3.375ml)를 더 추가한 결과, 반응 혼합물은 오렌지/황색에서 암적색으로 변했고 그것을 다시 1시간 동안 220℃에서 열처리 한 후 식히고, 상온에서 100ml의 에탄올을 추가하여 침전물을 원심분리하고, 다시 톨루엔에 분산시켰다.
상기 비교예 2제조된 나노 결정은 ZnSe 코어의 평균 직경이 대략 2 nm미만이고, 최종 제조된 ZnSe/InP에서 InP 쉘의 두께는 대략 1 nm이하이다. 상기 비교예 2에서 제조된 ZnSe 나노 결정의 TEM 사진을 촬영하여 도 9A에 나타내었고, ZnSe/InP 나노결정의 TEM 사진을 촬영하여 도9B에 도시하였다. 도 9A의 스케일 바의 크기는 10 nm이고, 도 9B의 스케일 바의 크기는 50 nm이다.
도 9A 및 도 9B와 도 5A 내지 도 5C를 비교하면, 나노 결정의 코어의 크기가 작은 경우, 나노 결정의 크기가 불균일하게 분포하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9C에 도시된 것처럼, 나노 결정의 코어의 크기가 작은 경우, 발광 파장이 넓게 분포되어 있는 것을 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.
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 (20)

  1. ZnSe, ZnTe, ZnS, ZnO 또는 이들의 혼합물을 포함하고 직경이 2 nm 내지 5 nm 이며 발광 파장이 405 nm 내지 530 nm 인 코어, 그리고 상기 코어를 둘러싸고 있으며 III-V족 반도체를 포함하는 제1층을 포함하는 반도체 나노결정으로서,
    상기 제1층의 두께는 0.3 nm 내지 2 nm 이고,
    상기 코어에 포함되어 있는 물질은 상기 제1층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드갭이 더 크고,
    상기 반도체 나노결정은 카드뮴을 포함하지 않으며,
    상기 반도체 나노결정은 발광 파장의 반치폭(full width of half maximum)이 50 nm 이하이고 트랩 발광이 억제되어 있는 반도체 나노 결정.
  2. 제1항에서,
    상기 코어의 발광 파장의 반치폭이 10-30 nm인 반도체 나노 결정.
  3. 제1항에서,
    상기 코어는 발광 효율이 20 % 이상인 반도체 나노 결정.
  4. 제3항에서,
    상기 코어는 밴드 에지 발광(band edge emission)만 나타내는 반도체 나노 결정.
  5. 제1항에서,
    상기 반도체 나노결정은, 상기 제1층을 둘러싸고 있으며, II-VI족 반도체 또는 III-V족 반도체를 포함하는 제2층을 더 포함하고,
    상기 제2층에 포함되어 있는 물질은 상기 제1층에 포함되어 있는 물질보다 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 큰 반도체 나노 결정.
  6. 제1항에서,
    상기 제1층은, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 반도체 나노 결정.
  7. 제1항에서,
    상기 반도체 나노결정의 발광 파장은 가시광 또는 적외선 영역에 위치하고,
    상기 가시광 영역 및 상기 적외선 영역은 410-1200 nm인 반도체 나노 결정.
  8. 제1항에서,
    상기 반도체 나노결정은 발광 파장의 반치폭이 35 nm 이하인 반도체 나노 결정.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 층은 AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb 또는 이들의 혼합물을 포함하는 반도체 나노 결정.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제5항에서,
    상기 제2층은 ZnTe, ZnSe, ZnS, ZnO, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, Gap, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb 또는 이들의 혼합물을 포함하는 반도체 나노 결정.
  13. 제6항에서,
    상기 코어의 발광 파장의 반치폭이 10-30 nm인 반도체 나노 결정.
  14. 제6항에서,
    상기 코어는 발광 효율이 20 % 이상인 반도체 나노 결정.
  15. 제14항에서,
    상기 코어는 밴드 에지 발광(band edge emission)만 나타내는 반도체 나노 결정.
  16. 제1항 내지 제9항 및 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항의 반도체 나노 결정이 매트릭스 내에 위치하는 반도체 나노 결정 복합체(semiconductor nanocrystal composite).
  17. 제16항에서,
    상기 매트릭스는 폴리비닐알코올(poly(vinyl alcohol)), 폴리비닐카바졸(poly(vinyl carbazol)), 폴리비닐플루오라이드(poly(vinyl fluoride)), 폴리메틸비닐에테르(poly methyl vinyl ether), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐피리딘(poly(vinyl pyridine)), 폴리에틸옥사이드(poly(ethylene oxide)), 폴리알킬아크릴레이트(poly alkylacrylate), 폴리실란(poly(silane)), 폴리카르보네이트(polycarbonate), 폴리실록산, 아크릴레이트, 실리콘, 에폭시, 타이타니아, 실리카, 알루미나, 지르코니아(zirconia), 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 반도체 나노 결정 복합체.
  18. 제1항 내지 제9항 및 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항의 반도체 나노 결정을 포함하는 발광 소자(luminescence device).
  19. 제18항에서,
    상기 발광 소자는 두 개의 전극을 포함하고, 상기 두 전극 사이에 반도체 나노 결정을 포함하는 것인 발광 소자.
  20. 제18항에서,
    상기 발광 소자는 광원 및 상기 광원 위에 반도체 나노 결정을 포함하는 것인 발광 소자.
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