콜로이드 Zn3P2 양자점 : 합성, 아연 금속치환 반응을 이용한 특성분석

Abstract

II-V족 반도체 물질 중 하나인 Zn3P2는 1.5eV의 bulk direct band gap와 최고 수준의 흡광계수(>104cm-1)를 가져 solar cell의 응용에 적합하며, 큰 확산거리 (diffusion length, ~11 µm)를 가지기 때문에 solar cell에서 electron, hole carrier를 추출하는데 유리하다. 이러한 여러 가지 장점을 지닌 Zn3P2 반도체 물질에 대한 연구는 얇은 박막형태나 수용액에서 합성된 불규칙한 모양의 양자점 형태로만 보고된 바 있으며, 박막형태의 Zn3P2는 물질이 양자점 상태일 때의 좋은 특성을 가지지 못하고, 불규칙한 크기의 결정성이 떨어지는 양자점 형태는 크기의 다양성으로 인해 solar cell에 적용했을 때 electron의 전달이 잘 이루어지지 않아 좋은 효율을 가지지 못했다. 이러한 뛰어난 특성을 가진 Zn3P2 반도체 물질은 아직까지 colloidal 형태의, 규칙적인 모양의 양자점로 보고된 바는 없다. 그래서 이 연구를 통해서 최초로 크기가 조절되는, Cadmium이 없는 370nm~560nm 의 파장대를 가지는 Zn3P2 양자점을 colloidal 형태로 만들었다. TEM과 XRD 분석을 통해서 입자의 크기가 반응시간에 따라 2.03nm에서 6.0nm 으로 조절됨을 확인하였다. 또한 Zn3P2 양자점에 Indium precursor를 비율에 따라 넣으면, Zn2+ 이 In3+으로 금속치환 되면서 tetragonal 구조를 가진 Zn3P2 양자점이 zinc blende 구조의 InP 양자점으로 바뀌는 것을 absorption 과 emission, TEM, XRD, 그리고 ICP-AES 등의 분석방법을 통해 확인하고, 금속치환 반응의 mechanism을 밝힌다.