Colloidal synthesis and optical properties of ultra-small CdTe quantum dots

К.С. Дремлюженко; Б.Н. Кульчицький; Д.В. Корбутяк; О.Г. Косинов; О.Ф. Ісаєва; Н.В. Мазур; Л.І. Тріщук

doi:10.15330/pcss.25.4.838-843

Автор(и)

К.С. Дремлюженко Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
Б.Н. Кульчицький Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
Д.В. Корбутяк Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
О.Г. Косинов Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
О.Ф. Ісаєва Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
Н.В. Мазур Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна
Л.І. Тріщук Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.838-843

Ключові слова:

технологія синтезу, ультрамалі квантові точки, центрифугування, спектри поглинання, фотолюмінесценція, спектри збудження фотолюмінесценції

Анотація

В даній роботі повідомляється про колоїдний синтез нанокристалів (НК) CdTe в реакторі, реакційне середовище якого складається з розчину солі CdI₂, тіогліколевої кислоти (ТГК) і лугу NaOH. Через такий розчин пропускали газоподібний прекурсор H₂Te, який отримували електрохімічно у гальваностатичній комірці. Розміри синтезованих НК варіювали, регулюючи потік телуроводню з гальваностатичної комірки . В свою чергу, потік телуроводню залежить від сили струму, який проходить через електроди комірки. Швидкість росту нокристалів обумовлюється швидкістю подачі прекурсорів в реактор. Дослідження показали, що при такому синтезі, як правило, отримуємо НК CdTe різного розміру. Для розділення колоїдного розчину на фракції запропоновано метод його центрифугування,. що дозволило виділити ультрамалі квантові точки (УМКТ) CdTe з розмірами приблизно 2 нм. Для отримання НК ультрамалих розмірів використовували малі значення сили струму (до 100 мА), незначну тривалість синтезу (0,5-1 хв) та високі значення рН (8 – 11) реакційного середовища. Дослідження спектрів поглинання зразків НК CdTe, взятих з виділеної методом центрифугування фракції з найменшими розмірами, показали, що енергія відповідних переходів значно перевищує ширину забороненої зони об’ємного CdTe (1,5 еВ), і які відповідають УМКТ (кластерам) CdTe. Проведені нами дослідження розмірів КТ CdTe на Zetasizer Nano ZS підтвердили наявність УМКТ з розмірами приблизно 2 нм. Показано, що фотолюмінесценція УМКТ зумовлена головним чином поверхневими дефектами.

Посилання

D.V. Korbutyak, O.H. Kosynov, B.N. Kulchytskyi, Ultrasmall quantum dots: features of synthesis, optical properties and prospects for practical use (review), Optoelectron. Semicond. Tech., 58, 21 (2023); https://doi.org/10.15407/iopt.2023.58.021.

I.M. Kupchak, D.V. Korbutyak, Spectral characteristics of passivated CdTequantum dots with coordinate-dependent parameters, Ukr. J. Phys., 68, 38 (2023); https://doi.org/10.15407/ujpe68.1.38.

A.E. Raevskaya, O.L. Stroyuk, D.I. Solonenko, V.M. Dzhagan, D. Lehmann, S.Y. Kuchmiy, V.F. Plyusnin, D.R.T. Zahn, Synthesis and luminescent properties of ultrasmall colloidal CdS nanoparticles stabilized by Cd(II) complexes with ammonia and mercaptoacetate, J. Nanopart. Res., 16, 2650 (2014); https://doi.org/10.1007/s11051-014-2650-5.

M. Valakh, V. Dzhagan, A. Raevskaya, S. Kuchmiy, Optical investigations of ultra-small colloidal nanoparticles and heteronanoparticles based on II–VI semiconductors, Ukr. J. Phys., 56(10), 1080 (2011); https://doi.org/10.15407/ujpe56.10.1080.

A.Ch.A. Silva, S.W.da Silva, P.C. Morais, V.O. Dontas, Shell thickness modulation in ultrasmall CdSe/CdS(x)Se(1-x)/CdS core/shell quantum dots via 1 – thioglycerol., ACS Nano, 2014.8 P.1913 (22). doi:10.1021/nn406478f.

S.V. Kershaw, Burt M., M. Harrison, A. Rogach, H. Weller, Eychmüller A., Colloidal CdTe/HgTe quantum dots with high photoluminescence quantum efficiency at room temperature, Appl. Phys. Lett., 75, 1694 (1999); https://doi.org/10.1063/1.124792.

S.F. Wuister, F. van Driel, A. Meijerink, Luminescence and growth of CdTe quantum dots and clusters, Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 1253 (2003); https://doi.org/10.1039/b211953f.

M. Mullenborn, R.F. Jarvis, B.G. Yacobi, R.B. Kaner, C.C. Coleman, N.M. Haegel, Characterization of solution-synthesized CdTe and HgTe, Appl. Phys. A, 56, 317 (1993).

R.J. Bandaranayake, G.W. Wen, Lin J.Y., H.X. Jiang, C.M. Sorensen, Structural phase behavior in II-VI semiconductor nanoparticles, Appl. Phys. Lett., 67, 831 (1995); https://doi.org/10.1063/1.115458.

J. Pérez-Conde, A.K. Bhattacharjee, M. Chamarro, P. Lavallard, V.D. Petrikov, A.A. Lipovskii, Photoluminescence Stokes shift and exciton fine structure in CdTe Nanocrystals, Phys. Rev. B, 64, 3303-1 (2001); https://doi.org/10.1103/physrevb.64.113303.

M.T. Wilson, C.Y. Li, J.D. MacKenzie, N.M. Haegel, Photoluminescence excitation study of CdS Nanocrystals in ormosils, Nanostructured materials, 2, 391 (1993); https://doi.org/10.1016/0965-9773(93)90181-A.

Y. Rakovich, L. Walsh, L. Bradleya, J.F. Donegana, D. Talapinb, A. Rogachb, A.Eychmüller. Size selective photoluminescence excitation spectroscopy in CdTe quantum dots, Proc. of SPIE, 4876, 432 (2003); https://doi.org/10.1117/12.463693.

O.A. Kapush, L.I. Trishchuk, V.N. Tomashik, Z.F. Tomashik, S.D. Boruk, O.V. Zynyuk, Preparation of concentrated monodisperse colloidal solutions of CdTe nanocrystals, Russ. J. Inorg. Chem., 60, 1258 (2015); https://doi.org/10.1134/S0036023615100083.

O.A. Kapush, L.I. Trishchuk, V.N. Tomashik, Z.F. Tomashik, S.I. Budzulyak, S.D. Boruk, V.N. Ermakov, L.A. Demchina, Effect of medium pH on the optical properties of CdTe nanocrystals at colloidal synthesis and postsynthetic treatment, Russ. J. Inorg. Chem., 61, 581 (2016); https://doi.org/10.1134/S0036023616050089.