Synthesis and Applications of EmittingⅡ-Ⅵ Semiconductor Nanoparticles

在這個研究工作中，我們嘗試著四種不同的膠體化學法，合成出一系列不同大小、形狀的發光性Ⅱ-Ⅵ族半導體奈米粒子。首先修正了Pietro的方式，用經濟簡單的方式合成出大量CdS；接著改變了三種不同的界面活性劑，合成出高品質、不同螢光波長的CdSe：TDPA/TOPO/TOP系統可合成出長條狀CdSe，並可藉著改變前驅物Cd/Se比例來控制其長寬比；OA/ODE非配位溶劑系統經濟安全，可合成出粒徑較小的CdSe；HDA/TOPO/TBP系統得到的CdSe品質最好，可應用於光電元件上。此外，我們也對CdSe表面做修飾，包覆上高能隙材料ZnS形成核殼型結構，並且將量子產率提昇三倍至49%。 改變反應條件，可以得到螢色光相異的CdSe奈米粒子，與電洞傳輸材料TPD混合，製作出量子點發光二極體元件。利用這些不同色光的CdSe作為發光源，我們就能調控元件之電激發光顏色。In our study, we tried to synthesize series of different sizes and shapes of Ⅱ-Ⅵ semiconductor nanoparticles through four colloidal chemical methods. First, modified Pietro’s method was used to synthesize CdS nanoparticles; then we changed three different surfactants to synthesize high quality CdSe nanoparticles: in the coordinating mixture TDPA/TOPO/TOP, rod-like CdSe was prepared and the aspect ratio could be controlled by changing precursor ratio (Cd/Se); in the noncoordinating system OA/ODE, we could prepare small size of CdSe more economically. Finally, high quality CdSe was prepared with HDA/TOPO/TBP mixture and applied on light emitting diode. Besides, we overcoated a higher band gap material ZnS on CdSe surface. The quantum yield of modified core-shell nanoparticles could be increase 3 times to 49%. By varying reaction conditions, we could prepare CdSe nanoparticles with different fluorescence peaks. Incorporating these CdSe nanoparticles with hole transport material TPD could fabricate quantum dot light emitting diode. The electroluminescence of device could be tuned by using these different fluorescence CdSe nanoparticles as lumophores.中文摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅴ 圖目錄 Ⅵ 第一章 緒論 1 第二章 低維度奈米粒子之原理與文獻回顧 3 2.1 半導體材料簡介 3 2.2 奈米粒子的特殊性質 5 2.3 半導體奈米粒子之量子侷限效應 5 2.4 螢光材料之發光機制 8 2.5 奈米材料之製備方式 9 2.6 半導體奈米粒子之合成簡介 11 2.6.1 拉莫窄分佈膠體成長模型 11 2.6.2 膠體化學合成法 14 2.6.3 奈米粒子之表面修飾 14 2.7 半導體奈米粒子合成之文獻回顧 20 2.7.1 有機相合成 CdX (X=Te、Se、S)奈米粒子 20 2.7.2 水相合成CdX (X=Te、Se、S)奈米粒子 24 2.7.3 逆微胞法 25 2.7.4 核殼型奈米粒子 25 2.8 半導體奈米粒子應用之文獻回顧 31 第三章 實驗 (合成奈米粒子) 36 3.1 研究動機與目的 36 3.2 實驗藥品 36 3.3 實驗儀器 39 3.4 實驗步驟與流程 41 3.4.1 合成CdS奈米粒子 41 3.4.2 以TDPA為界面活性劑合成CdSe奈米粒子 42 3.4.3 以OA/ODE非配位性溶劑合成CdSe奈米粒子 44 3.4.4 以HDA為界面活性劑合成CdSe奈米粒子 46 3.4.5 合成CdSe/ZnS核殼型奈米粒子 48 3.5 奈米粒子性質分析 49 第四章 合成奈米粒子之分析與討論 52 4.1 改良Pietro法合成CdS奈米粒子 52 4.2 以TDPA為界面活性劑合成CdSe奈米粒子 55 4.3 以OA/ODE非配位性溶劑合成CdSe奈米粒子 60 4.4 以HDA為界面活性劑合成CdSe奈米粒子 63 4.5 以HDA為界面活性劑合成CdSe/ZnS核殼型奈米粒子 71 第五章 結論與未來展望 (合成奈米粒子) 77 第六章 發光二極體之研究 79 6.1 前言 79 6.2 有機發光二極體之回顧 79 6.3 量子點發光二極體之回顧 81 6.4 電激發光之原理 84 6.5 元件結構 85 6.6 陽極與陰極材料 86 6.7 電洞傳輸材料 87 6.8 電子傳輸材料 87 6.9 發光材料 88 6.10 元件表現 89 第七章 實驗 (製備發光二極體) 91 7.1 研究動機與目的 91 7.2 實驗藥品 91 7.3 實驗儀器 93 7.4 ITO玻璃清潔 93 7.5 ITO玻璃蝕刻 94 7.6 薄膜製備 94 7.7 陰極蒸鍍 95 第八章 製備發光二極體之分析與討論 97 8.1 元件能階圖 97 8.2 奈米粒子性質分析 98 8.3 元件頻譜分析 100 8.3.1 以ITO/TPD：CdSe/Al結構比較不同尺寸CdSe之影響 100 8.3.2 ITO/TPD：CdSe(ZnS)/Al結構之元件分析 104 8.4 QD-LED表面分析 106 第九章 結論與未來展望 (製備發光二極體) 108 第十章 參考文獻 10