JP2008037716A - Method for producing semiconductor fine particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体微粒子の製造方法に関する。詳しくは、粒子サイズの揃ったナノメートルスケールの半導体微粒子(ナノ粒子)を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing semiconductor fine particles. Specifically, the present invention relates to a method for producing nanometer-scale semiconductor fine particles (nanoparticles) having a uniform particle size.
微粒子やナノ粒子等の製造は、従来から次の手法によって行われている。
(合成後の分級による手法)
微粒子を合成した後、沈殿法等の手法によってサイズごとに選別する手法が知られている(以下、第1手法という)。例えば、InP微粒子を製造するとき、サイズ選択性の低い合成法によってInP微粒子を合成した後、沈殿法等の手法によってサイズごとに選別する(例えば、非特許文献1、2を参照)。つまり、微粒子のサイズ選択性無しにInP微粒子を合成した後、分級を行うことで、サイズの揃ったInP微粒子を得る手法である。
The production of fine particles and nanoparticles has been conventionally performed by the following method.
(Method by classification after synthesis)
A method is known in which fine particles are synthesized and sorted according to size by a method such as a precipitation method (hereinafter referred to as a first method). For example, when producing InP fine particles, InP fine particles are synthesized by a synthesis method with low size selectivity, and then sorted according to size by a method such as a precipitation method (see, for example, Non-Patent
トリオクチルホスフィン(TOP)、又はトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)中で、塩化インジウム、又はシュウ酸インジウムとトリストリメチルシリルホスフィン(P(TMS)3)を約300℃の温度で数日間加熱することによって、サイズ分布の極めて広いInP微粒子を合成する。加熱処理後は、反応溶媒を除去し、生成されたInP微粒子のトルエン分散液にメタノール等の貧溶媒を徐々に添加する。これによって、発生した沈殿を遠心分離によって分取する。このとき、粒子サイズの大きなものから凝集、沈殿していく。貧溶媒の添加と遠心分離による分取を繰り返すことで、粒子サイズごとに分級された微粒子を得る。 By heating indium chloride or indium oxalate and tristrimethylsilylphosphine (P (TMS) 3) in trioctylphosphine (TOP) or trioctylphosphine oxide (TOPO) at a temperature of about 300 ° C. for several days, InP fine particles with an extremely wide size distribution are synthesized. After the heat treatment, the reaction solvent is removed, and a poor solvent such as methanol is gradually added to the toluene dispersion of the produced InP fine particles. Thereby, the generated precipitate is separated by centrifugation. At this time, the particles having a large particle size are aggregated and precipitated. By repeating the addition of a poor solvent and the separation by centrifugation, fine particles classified for each particle size are obtained.
(反応系の工夫による手法)
反応温度まで加熱したIn原料溶液にP原料溶液を短時間に加え、微粒子の成長過程をできるだけ同一にすることによって、生成される微粒子のサイズ分布を狭める手法が知られている(以下、第2手法という)。インジウムの長鎖脂肪酸塩(炭素数10〜18)のオクタデセン(OED)溶液を250〜300℃の温度に加熱し、急激に攪拌しつつP(TMS)3のODE溶液をできるだけ短時間に加えることによって、粒子サイズ分布の狭いInP微粒子を合成した報告がある(非特許文献3、4を参照)。
(Methods based on reaction system)
A technique is known in which the P raw material solution is added to the In raw material solution heated to the reaction temperature in a short time and the growth process of the fine particles is made as uniform as possible to narrow the size distribution of the generated fine particles (hereinafter referred to as “second”). Method). Heat an octadecene (OED) solution of indium long-chain fatty acid salt (10 to 18 carbon atoms) to a temperature of 250 to 300 ° C. and add the ODE solution of P (TMS) 3 in as short a time as possible while stirring rapidly. Have reported the synthesis of InP fine particles with a narrow particle size distribution (see Non-Patent
この第2手法は、反応の初期段階に発生する前駆体及び、前躯体を成長させて微粒子を生成する反応段階を揃える努力である。従って、粒子サイズ分布の狭いInP微粒子を生成しているが、所望する任意のサイズの微粒子を得るには至っていない。非特許文献3では、In原料溶液とP(TMS)3溶液を交互に反応系に添加する多段階反応を用いてInP微粒子の成長を行っている。しかし、制御可能な粒子サイズの幅は狭く、微粒子が吸収する波長に換算すると550〜580nmの波長の範囲にとどまっている。
This second approach is an effort to align the precursor that occurs in the initial stage of the reaction and the reaction stage in which the precursor is grown to produce fine particles. Therefore, although InP fine particles having a narrow particle size distribution are generated, fine particles having an arbitrary desired size have not been obtained. In
非特許文献4では、脂肪酸のアルキル鎖長を変えたり、溶液混合の直後から200〜250℃の温度での加熱時間によって、生成する微粒子のサイズを制御可能であると報告している。ここでも、制御可能な粒子サイズの幅は狭く、非特許文献3と同程度である。また、加熱時間を長くすると粒子サイズの分布幅が広がり、粒子のサイズが選択的でなくなる欠点を有する。
(狭い流路を利用した化合物半導体の合成例)
ナノ粒子の製造方法として、加熱帯域に配置した内径1μm〜1mmの微細流路内に、原料を連続的に供給しながら反応開始温度まで急熱し、反応を行わせた後、急冷して粒径1nm〜1μmのナノ粒子を製造する方法(以下、第3手法という)が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この狭い流路を利用した化合物半導体の合成は、CdSe等のII−VI化合物半導体微粒子のサイズ選択合成に成果をあげている手法である。
(Example of compound semiconductor synthesis using a narrow channel)
As a method for producing nanoparticles, the material is rapidly heated to the reaction start temperature while continuously supplying the raw material into a fine channel having an inner diameter of 1 μm to 1 mm arranged in the heating zone, and after the reaction is performed, the particle size is decreased by rapid cooling. A method for producing nanoparticles of 1 nm to 1 μm (hereinafter referred to as a third technique) is known (see, for example, Patent Document 1). The synthesis of compound semiconductors using this narrow channel is a technique that has been successful in size-selective synthesis of II-VI compound semiconductor fine particles such as CdSe.
この第3手法を用いたものとして非特許文献5では、原料を混合してシリンジに充填し、任意の粒子合成温度に加熱したガラスキャピラリ内に一定速度で流すことでサイズの揃ったCdSe微粒子を合成している。また、非特許文献6では、Cd原料溶液とSe原料溶液を別々のシリンジに充填し、混合器内でこれらの原料溶液を混合している。混合された原料溶液は、反応温度に加熱したガラスキャピラリ内に通すことでサイズ選択的にCdSe微粒子を得ている。第3手法を用いる場合、反応器壁に原料もしくはその反応物の析出が見られ、そのために粒度分布の変化、拡大、さらには閉塞が見られることがあるが、特許文献2では、この析出はキャピラリー内壁の表面修飾(コーディング)によって回避している。
In
第1手法は、後処理の段階で貧溶媒の添加、及び遠心分離による沈殿の分取の繰り返しという煩雑な過程を必要とする。また、合成法自体がサイズ選択的でなく、所望のサイズではない微粒子の大量の生成を伴うため、効率が極めて低い。 The first method requires a complicated process of adding a poor solvent at the post-treatment stage and repeatedly collecting the precipitate by centrifugation. In addition, the synthesis method itself is not size-selective and involves a large amount of fine particles that are not of the desired size, so the efficiency is extremely low.
第2手法では、反応系の精密な温度制御が必要であるが、スケールアップに伴いその困難さが急激に上がり、サイズ選択性を急速に失うことが予想される。また、ある特定のサイズの微粒子を得るには、多くの場合煩雑な多段階の粒子成長反応が必要とされる。更に、非常に高活性であるP原料を一度に大量に高温の反応溶液に投入することは火災等の事故を引き起こす可能性が高く、安全性に問題がある。 In the second method, precise temperature control of the reaction system is necessary, but it is expected that the difficulty rapidly increases with the scale-up, and the size selectivity is rapidly lost. In addition, in order to obtain fine particles of a specific size, a complicated multi-stage particle growth reaction is often required. Furthermore, it is highly likely that accidents such as fires will occur if a large amount of P raw material having a very high activity is poured into a high-temperature reaction solution at a time, which is problematic in terms of safety.
第3手法は、利用する反応系によっては合成に問題が生じることが発明者等によって確認された。具体的には、InPナノ粒子を製造しようとしたところ、反応温度(270℃)において流路内が詰まる現象が頻繁に発生し、流路内径に応じた合成が不可能であることがわかった。キャピラリー内壁の表面修飾により軽減は可能だと考えられるが、内壁修飾には別プロセスが必要になるため、反応の制御による壁面析出付着の低減が望ましい。また、流路がつまらない場合であっても、副生成物の反応温度での沸騰によって流路内に気泡が発生することが多かった。この気泡の発生により、流路内の溶液の流速が著しく変動するため、加熱時間を均一に保つことが非常に困難であった。 It has been confirmed by the inventors that the third method has a problem in synthesis depending on the reaction system used. Specifically, when trying to produce InP nanoparticles, it was found that the phenomenon of clogging in the flow path frequently occurred at the reaction temperature (270 ° C.), and synthesis according to the flow path inner diameter was impossible. . Although it can be mitigated by modifying the surface of the inner wall of the capillary, a separate process is required for modifying the inner wall, so it is desirable to reduce deposition on the wall surface by controlling the reaction. Further, even when the flow path is boring, bubbles are often generated in the flow path due to boiling of the by-product at the reaction temperature. Due to the generation of the bubbles, the flow rate of the solution in the flow path varies remarkably, so that it is very difficult to keep the heating time uniform.
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、粒子サイズの揃った微粒子を生成する半導体微粒子の製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、微粒子を製造するとき、反応流路内が詰まったり、副生成物の反応温度での沸騰によって流路内で気泡が発生したりすることがない半導体微粒子の製造方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、微粒子を生成する反応において、火災等の事故を引き起こす可能性が低く、安全な半導体微粒子の製造方法を提供することである。
The present invention has been made based on the technical background as described above, and achieves the following objects.
The objective of this invention is providing the manufacturing method of the semiconductor fine particle which produces | generates the microparticles | fine-particles with uniform particle size.
Another object of the present invention is to provide a method for producing semiconductor fine particles in which, when producing fine particles, the reaction flow channel is not clogged or bubbles are not generated in the flow channel due to boiling of the by-product at the reaction temperature. Is to provide.
Still another object of the present invention is to provide a safe method for producing semiconductor fine particles which is less likely to cause an accident such as a fire in the reaction for producing fine particles.
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
半導体微粒子原料(例えば、In原料溶液とP原料溶液)を、あらかじめ低温にて内径1μm〜1mmの流路内で混合することで前駆体の重合度を制御し、均一かつ選択的な分子量を有する前駆体を成させ(第1加熱反応)、連続してこの前駆体をより高温(第2加熱反応)の反応容器内に導入することで、粒子サイズの揃った半導体微粒子を作成する。原料溶液の流速および流路の内径を適当に選択することで前駆体の分子量を制御する。これにより、結果任意のサイズの半導体微粒子を生成することができる。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The degree of polymerization of the precursor is controlled by mixing semiconductor fine particle raw materials (for example, In raw material solution and P raw material solution) at a low temperature in a channel having an inner diameter of 1 μm to 1 mm in advance, and has a uniform and selective molecular weight. By forming a precursor (first heating reaction) and continuously introducing the precursor into a reaction vessel at a higher temperature (second heating reaction), semiconductor fine particles having a uniform particle size are produced. The molecular weight of the precursor is controlled by appropriately selecting the flow rate of the raw material solution and the inner diameter of the flow path. As a result, semiconductor fine particles having an arbitrary size can be generated.
更に、原料溶液混合直後の流路を微粒子生成温度よりも低温に加熱することによって、より高いサイズ選択性を得る。これは、すなわち、鎖状の前駆体から非晶質ないしバルキーな前駆体を生成することで、微粒子生成容器内における生成半導体微粒子の成長によるサイズ分布の広がりを抑えられる。なお、第2加熱反応の温度(以下、反応温度と記す)において微細流路内が詰まったりする問題が生じ無ければ、第1加熱反応及び第二加熱反応の双方を微細流路内で行っても良い。 Furthermore, a higher size selectivity can be obtained by heating the flow path immediately after mixing the raw material solution to a temperature lower than the fine particle generation temperature. That is, by generating an amorphous or bulky precursor from a chain-like precursor, the spread of the size distribution due to the growth of the generated semiconductor fine particles in the fine particle generation container can be suppressed. If there is no problem of clogging in the fine channel at the temperature of the second heating reaction (hereinafter referred to as reaction temperature), both the first heating reaction and the second heating reaction are performed in the fine channel. Also good.
ここで、「反応温度」は、第2加熱反応における温度を意味し、半導体微粒子を形成する温度を指す。半導体微粒子が半導体微結晶(ナノ結晶)の場合には、結晶化が発生する温度を指す。また、「第1加熱反応における温度」とは、用いる原料により異なるが、流路内が詰まることなく原料混合溶液が通過可能な温度を指す。流路が詰まらなければ、「第1加熱反応における温度」において結晶化が起こっても良い。 Here, “reaction temperature” means a temperature in the second heating reaction, and indicates a temperature at which semiconductor fine particles are formed. When the semiconductor fine particles are semiconductor microcrystals (nanocrystals), it refers to the temperature at which crystallization occurs. The “temperature in the first heating reaction” refers to a temperature at which the raw material mixed solution can pass without clogging the flow path, although it varies depending on the raw material used. If the channel is not clogged, crystallization may occur at the “temperature in the first heating reaction”.
なお、流路内が詰まる原因としては、気体・気泡・ガスの発生や、結晶化による溶媒に対する原料の溶解性の低下などが考えられる。「第1加熱反応における温度」とは、室温でも構わない。ただし、温度が低いと反応速度が低くなるため、所望の分子量(又は重合度)の前駆体を形成するためには、流路を長くしたり、流速を遅くしたりする等の手段を講じる必要が生じるため、生成効率は低下することとなる。 Possible causes of clogging in the flow path include generation of gas, bubbles, and gas, and a decrease in solubility of the raw material in the solvent due to crystallization. The “temperature in the first heating reaction” may be room temperature. However, since the reaction rate becomes low at low temperatures, it is necessary to take measures such as lengthening the flow path and slowing the flow rate in order to form a precursor having a desired molecular weight (or degree of polymerization). As a result, the generation efficiency is lowered.
本発明の一実施形態として、InP微粒子の製造方法について説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
In原料として塩化インジウムとインジウムイソプロポキシドの混合物のTOP溶液([In]=0.05mol/l)を用い、P原料としてP(TMS)3の0.0375mol/lTOP溶液を用いる。これらの原料を別々のシリンジに充填する。各原料溶液は合流器を通して、ガラスキャピラリ(本発明の「第1微細流路」に相当)内で混合される。ガラスキャピラリは、内径が320μmのものを用いた。
As an embodiment of the present invention, a method for producing InP fine particles will be described. However, the present invention is not limited to this.
A TOP solution ([In] = 0.05 mol / l) of a mixture of indium chloride and indium isopropoxide is used as the In raw material, and a 0.0375 mol / l TOP solution of P (TMS) 3 is used as the P raw material. These raw materials are filled into separate syringes. Each raw material solution is mixed in a glass capillary (corresponding to the “first fine channel” of the present invention) through a junction. A glass capillary having an inner diameter of 320 μm was used.
原料がこのガラスキャピラリ内で混合されるまでは、全て室温で行った。混合後、150℃(本発明の「第1加熱反応における温度」に相当)の温度に加熱したガラスキャピラリを経由して、フラスコ内に滴下した。フラスコは、内部を不活性ガスで置換し、270℃(本発明の「第1加熱反応における温度より高温度」に相当する「反応温度」)の温度に加熱したものである。原料の混合及び温度150℃のガラスキャピラリを経由することによってInP微粒子の前駆体が生成し、この前駆体がフラスコ内で反応温度に加熱されてInP微粒子を生成する。 Until the raw materials were mixed in the glass capillary, everything was performed at room temperature. After mixing, the mixture was dropped into the flask via a glass capillary heated to a temperature of 150 ° C. (corresponding to “temperature in the first heating reaction” of the present invention). The flask was replaced with an inert gas and heated to a temperature of 270 ° C. (“reaction temperature” corresponding to “temperature higher than the temperature in the first heating reaction” of the present invention). A precursor of InP fine particles is generated by mixing raw materials and passing through a glass capillary at a temperature of 150 ° C., and this precursor is heated to a reaction temperature in the flask to generate InP fine particles.
InP微粒子の生成過程を考察した結果、このような構成の合成装置を選択した。すなわち、本実施形態では、In原料とP原料は混合後、室温でも速やかに重合し、鎖状の前駆体を生成すると考えられる(数1を参考)。 As a result of considering the generation process of InP fine particles, a synthesis apparatus having such a configuration was selected. That is, in this embodiment, it is considered that the In raw material and the P raw material are rapidly polymerized even at room temperature after mixing to produce a chain precursor (see Equation 1).
また、混合領域である第1微細流路を150℃程度に加熱するのは、前駆体内部でIn−P結合の次数を上げ、鎖状の前駆体からバルキーな前駆体ないし非晶質のInPを生成させるためである。これは、InP微粒子生成反応用のフラスコ内での前駆体同士、又は前駆体とInP微粒子の融合による生成InP微粒子の成長を抑制し、サイズ選択性の低下を避けるためである。 Also, heating the first microchannel, which is the mixed region, to about 150 ° C. increases the order of In—P bonds inside the precursor, and changes from a chain precursor to a bulky precursor or amorphous InP. This is for generating. This is to suppress the growth of the produced InP fine particles due to the fusion between the precursors in the InP fine particle production reaction flask or between the precursor and the InP fine particles, and to avoid a decrease in size selectivity.
更に、前駆体を270℃の温度で加熱することによって、Inに結合した官能基(この場合Clまたはイソプロポキシル基)とPに結合した官能基(トリメチルシリル基)がβ脱離することで、InP微粒子(ナノ結晶)を生成する。従って、分子量を選択的かつ均一にInP前駆体を生成させれば、InP微粒子の粒子サイズ選択的な合成が可能になる。このように、2つの原料溶液が混合する空間を第1微細流路内に制限し、また流速を適当に選択し、前駆体生成の反応時間を制御することで、前駆体の分子量の制御を行うものである。 Further, by heating the precursor at a temperature of 270 ° C., the functional group bonded to In (in this case Cl or isopropoxyl group) and the functional group bonded to P (trimethylsilyl group) are β-eliminated, InP fine particles (nanocrystals) are generated. Therefore, if the InP precursor is generated with the molecular weight selectively and uniformly, the particle size selective synthesis of InP fine particles becomes possible. In this way, the space in which the two raw material solutions are mixed is limited within the first fine channel, the flow rate is appropriately selected, and the reaction time of the precursor generation is controlled, thereby controlling the molecular weight of the precursor. Is what you do.
InPナノ粒子の合成に従来の手法3を用いた場合、流路内壁に付着していた水などの不純物と原料との反応によって発生した不溶性物質が流路壁に析出し、その析出量が多いと反応温度で流路内の流通が阻害されると考えられる。このような析出を抑えるために、本発明によれば、流路内の流通が阻害されることなく、任意のサイズの半導体ナノ粒子の合成が可能である。また、従来の手法3は、流路内で反応させるため、ガスが発生する反応の場合には、発生したガスにより反応溶液の流速の制御が困難となる。本発明によれば、第1微細流路の加熱温度(「第1加熱反応における温度」に相当)は流路内でガスが発生することがない程度に十分に低いため、反応溶液の流速の制御が可能である。
When the
更にまた、II−VI化合物半導体ナノ粒子の生成過程は結晶核生成と粒子成長の2過程であると考えられ、生成される粒子サイズは反応時間と反応温度に大きく依存する。これに対して、III−V化合物半導体では、高分子状の前駆体形成と、前駆体の分子内反応による結晶化の2過程であると考えられる。すなわち、InPナノ粒子をはじめとするIII−V化合物半導体の生成においては、前駆体形成過程でそのサイズをコントロールすれば生成するナノ粒子のサイズを制御することが可能であるため、その後の結晶化の過程での精密なコントロールは不要であるため、本発明はIII−V化合物半導体の製造に特に適していると考えられる。 Furthermore, the generation process of II-VI compound semiconductor nanoparticles is considered to be two processes of crystal nucleation and particle growth, and the size of the generated particles greatly depends on the reaction time and reaction temperature. On the other hand, in a III-V compound semiconductor, it is considered that there are two processes of polymer precursor formation and crystallization by intramolecular reaction of the precursor. In other words, in the production of III-V compound semiconductors including InP nanoparticles, the size of the produced nanoparticles can be controlled by controlling the size in the precursor formation process, so that subsequent crystallization Therefore, it is considered that the present invention is particularly suitable for the production of III-V compound semiconductors.
本発明によると、次の効果が奏される。
本発明は、流路内壁に付着していた不純物に起因する析出によって流路内の流通が阻害されることがなくなった。
本発明は、前駆体形成過程でそのサイズをコントロールし、生成するナノ粒子のサイズを制御するによって、任意のサイズの半導体ナノ粒子の合成が可能になった。
本発明は、流路の加熱温度は流路内でガス(気泡)が発生することがない程度に十分に低いため、反応溶液の流速の制御が可能になった。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
In the present invention, the flow in the flow channel is not hindered by the precipitation due to the impurities adhering to the inner wall of the flow channel.
According to the present invention, it is possible to synthesize semiconductor nanoparticles of any size by controlling the size in the process of forming a precursor and controlling the size of the generated nanoparticles.
In the present invention, since the heating temperature of the flow path is sufficiently low so that no gas (bubbles) is generated in the flow path, the flow rate of the reaction solution can be controlled.
本発明は、前駆体形成と、前駆体の分子内反応による結晶化を行っており、III−V化合物半導体の製造に適している。
本発明は、前駆体形成過程でそのサイズをコントロールし、生成するナノ粒子のサイズを制御するによって任意のサイズのInP微粒子がサイズ選択的に生成することが可能になった。
本発明は、微粒子がサイズ選択的に生成することによって、従来必要であった合成後の分級や、多段階の粒子成長反応は不要となり、微粒子の合成効率が飛躍的に向上した。
The present invention performs precursor formation and crystallization by intramolecular reaction of the precursor, and is suitable for manufacturing a III-V compound semiconductor.
In the present invention, by controlling the size in the process of forming a precursor and controlling the size of the generated nanoparticles, it is possible to selectively generate InP fine particles of any size.
In the present invention, since the fine particles are selectively generated in size, classification after synthesis and multistage particle growth reaction, which are conventionally required, are unnecessary, and the synthesis efficiency of the fine particles is dramatically improved.
本発明は、流路を増設することによって容易にスケールアップが可能となる。
本発明は、原料溶液は室温等の低温で混合されてより低活性な前駆体へと変換されてから高温の反応容器に導入されることから、火災等の事故の危険性を従来法と比較して著しく抑制することが可能になった。
In the present invention, it is possible to easily scale up by increasing the number of flow paths.
In the present invention, since the raw material solution is mixed at a low temperature such as room temperature to be converted into a lower activity precursor and then introduced into a high temperature reaction vessel, the risk of an accident such as a fire is compared with the conventional method. As a result, it has become possible to significantly suppress it.
本実施例1では、インジウム(In)原料として、インジウムイソプロポキシド(In(OiPr)3)(株式会社高純度化学研究所製)と、無水塩化インジウム(InCl3)(株式会社高純度化学研究所製)を用いた。リン(P)原料には、トリス(トリメチルシリル)ホスフィン(P(TMS)3)(Acros Organics製)を用いた。溶媒には、トリオクチルホスフィン(TOP)(東京化成工業株式会社製)を減圧蒸留したものを用いた。 In Example 1, as indium (In) raw materials, indium isopropoxide (In (OiPr) 3 ) (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) and anhydrous indium chloride (InCl 3 ) (manufactured by Kojundo Chemical Research Co., Ltd.) Used). As the phosphorus (P) raw material, tris (trimethylsilyl) phosphine (P (TMS) 3 ) (manufactured by Acros Organics) was used. As the solvent, trioctylphosphine (TOP) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) distilled under reduced pressure was used.
原料及び溶媒の混合は、すべて窒素雰囲気下で行った。なお、特に記載の無い場合は原料及び溶媒は処理せずそのまま用いたことを意味する。73.0mg(0.25mmol)のIn(OiPr)3と、55.3mg(0.25mmol)のInCl3を混合し、10mlのTOPに溶解させ、In原料溶液とした。Inの濃度は0.05mol/Lとなった。109μl(0.375mmol)のP(TMS)3を10mlのTOPに溶解させ、P原料溶液とした。 All mixing of the raw materials and the solvent was performed under a nitrogen atmosphere. Unless otherwise specified, it means that the raw materials and the solvent were used as they were without being treated. 73.0 mg (0.25 mmol) of In (OiPr) 3 and 55.3 mg (0.25 mmol) of InCl 3 were mixed and dissolved in 10 ml of TOP to obtain an In raw material solution. The In concentration was 0.05 mol / L. 109 μl (0.375 mmol) of P (TMS) 3 was dissolved in 10 ml of TOP to obtain a P raw material solution.
図1には、本実施例1に用いた反応装置の概略を図示している。Y字型コネクタ1には、3本のガラスキャピラリ(ジーエルサイエンス製、内部面壁をオクタデシル基で修飾)2、3、4が取り付けられている。この3本のガラスキャピラリ2、3、4の内径は320μmである。キャピラリ2、3の長さがいずれも40cm、キャピラリ4の長さが120cmである。
FIG. 1 shows an outline of the reaction apparatus used in Example 1. The Y-shaped
In原料溶液は、原料溶液注入用の第1シリンジ5に入れた。P原料溶液は、原料溶液注入用の第2シリンジ6に入れた。第1シリンジ5と第2シリンジ6にはキャピラリ2とキャピラリ3の先端をそれぞれ取り付けた。キャピラリ4の中間部分(本発明の「第1微細流路」に相当)を150℃(本発明の「第1加熱反応における温度」に相当)の温度に加熱したオイルバス7に浸漬した。オイルバス7に浸漬したこの中間部分の長さは80cmであった。キャピラリ4の他方の先端を、なす型のフラスコ8に、三方コック9を介して差し込んだ。フラスコ8は、あらかじめ内部を窒素ガスで置換し、270℃(本発明の「第1加熱反応における温度より高温度」に相当)の温度のオイルバス10に浸漬したものである。フラスコ8の容量は50mlであった。
The In raw material solution was put in the
(InP微粒子の合成について)
InP微粒子の合成は、次の手順で行われた。In原料溶液10mlとP原料溶液10mlを窒素雰囲気下でそれぞれシリンジ5、6に充填した。シリンジポンプ11、12を用いて、In原料溶液とP原料溶液を反応装置に毎分30μlの割合でそれぞれ流した。キャピラリ2、3、4の内部を原料溶液で共洗いするために、初期の流出物約0.5mlを廃棄し、以降の流出物をフラスコ8に収集した。
(Synthesis of InP fine particles)
InP fine particles were synthesized by the following procedure. 10 ml of the In raw material solution and 10 ml of the P raw material solution were filled in the
InP微粒子の合成によってフラスコ8に収集されて得られた溶液に、エタノール(和光純薬工業株式会社製)を約50ml加えて、InP微粒子の沈殿を生成させた。生成させた沈殿を遠心分離器(図示せず)により分取し、これに約1mlのトルエン(和光純薬工業株式会社製)を加えることにより、InP微粒子のトルエン溶液を得た。更に、エタノールの添加、遠心分離器による分取、トルエンをInP微粒子のトルエン溶液を得るプロセスを数回繰り返した。繰り返して行われたこのプロセスによって、溶液中に残留している遊離TOPの除去を行った。
About 50 ml of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the solution obtained by collecting in the
得られたInP微粒子の希薄なトルエン溶液の吸収スペクトルを測定した。この測定の結果は、図2に示している。また、通常のバッチ法を用いて温度300℃で10分間処理して合成したInP微粒子の希薄なトルエン溶液の吸収スペクトルも図2に比較例として図示した。図2のグラフに示すように、バッチ法を用いて合成したInP微粒子の吸収スペクトルは明瞭な構造(吸収端)を示さないのに対し、本実施例1の反応装置によって生成したInP微粒子の吸収スペクトルには550nmにバンド間遷移による吸収端が明瞭に観測された。これは、バッチ法を用いて合成したInP微粒子は広いサイズ分布を有しているのに対し、本実施例1の反応装置によって生成したInP微粒子が、均一のサイズであることを示している。言い換えると、本実施例1の反応装置によって粒径のそろったInP微粒子を選択的に生成していることを示す。 The absorption spectrum of the diluted toluene solution of the obtained InP fine particles was measured. The result of this measurement is shown in FIG. In addition, an absorption spectrum of a diluted toluene solution of InP fine particles synthesized by processing at a temperature of 300 ° C. for 10 minutes using a normal batch method is also shown in FIG. 2 as a comparative example. As shown in the graph of FIG. 2, the absorption spectrum of the InP fine particles synthesized using the batch method does not show a clear structure (absorption edge), whereas the absorption of the InP fine particles generated by the reactor of Example 1 is shown. In the spectrum, an absorption edge due to interband transition was clearly observed at 550 nm. This indicates that InP fine particles synthesized by the batch method have a wide size distribution, whereas InP fine particles generated by the reaction apparatus of Example 1 have a uniform size. In other words, it shows that InP fine particles having a uniform particle diameter are selectively generated by the reactor of the first embodiment.
(ZnS被覆InP微粒子の生成)
InP微粒子は表面準位から形成される深い捕獲準位のために、単独では蛍光の効率が極めて低い。そのため、ZnSからなるシェルを構築することで捕獲準位の影響を抑え、蛍光効率の向上を図った。ZnSシェルの構築は次のように行った。合成したInP微結晶20mgに、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛(東京化成工業株式会社製)36.2mg(0.1mmol)を加え、TOP5mlに溶解した。これを240℃の温度で3時間加熱した後、室温まで自然冷却させることにより、TOP溶媒に分散したZnS被覆InP微粒子を合成した。
(Generation of ZnS-coated InP fine particles)
Since InP fine particles are deep trap levels formed from surface levels, the efficiency of fluorescence alone is extremely low. Therefore, the influence of the trap level was suppressed by constructing a shell made of ZnS, and the fluorescence efficiency was improved. The ZnS shell was constructed as follows. To 20 mg of the synthesized InP microcrystals, 36.2 mg (0.1 mmol) of zinc diethyldithiocarbamate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and dissolved in 5 ml of TOP. This was heated at a temperature of 240 ° C. for 3 hours, and then naturally cooled to room temperature, thereby synthesizing ZnS-coated InP fine particles dispersed in a TOP solvent.
得られた溶液に、過剰量のエタノール(和光純薬工業株式会社製)を加えて、ZnS被覆InP微粒子の沈殿を生成させた。生成させた沈殿を遠心分離により分取し、トルエンに溶解させた。ZnS被覆InP微粒子は、トルエンへ高い溶解性を示した。得られたZnS被覆InP微粒子と、InP微粒子それぞれを420nm励起光で励起し、その発光スペクトルの測定した。この測定の結果は、図3に示している。図3のグラフから、ZnS被覆InP微粒子の発光強度は、ZnSで被覆していないInP微粒子と比較して、向上していることがわかる。得られたZnS被覆InP微粒子の発光スペクトルの半値幅は70nmであった。 An excessive amount of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the resulting solution to generate precipitates of ZnS-coated InP fine particles. The produced precipitate was separated by centrifugation and dissolved in toluene. ZnS-coated InP fine particles showed high solubility in toluene. Each of the obtained ZnS-coated InP fine particles and InP fine particles was excited with 420 nm excitation light, and the emission spectrum was measured. The result of this measurement is shown in FIG. From the graph of FIG. 3, it can be seen that the emission intensity of the ZnS-coated InP fine particles is improved as compared with the InP fine particles not coated with ZnS. The half width of the emission spectrum of the obtained ZnS-coated InP fine particles was 70 nm.
本発明は、新材料開発分野、発光デバイス分野、バイオ技術分野、医療分野に利用すると良い。 The present invention is preferably used in the field of new material development, the field of light emitting devices, the field of biotechnology, and the field of medicine.
1…Y字型コネクタ
2、3、4…ガラスキャピラリ
5…第1シリンジ
6…第2シリンジ
7、10…オイルバス
8…フラスコ
9…三方コック
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記2以上の原料を内径が直径1μm〜1mmの第1微細流路内を通過させながら前記2以上の原料同士を第1加熱反応させた後、前記第1加熱反応における温度より高温度で前記2以上の原料を第2加熱反応させて前記半導体微粒子を生成する
ことを特徴とする半導体微粒子製造方法。 In a method for producing semiconductor fine particles by heating and reacting two or more raw materials,
The two or more raw materials are subjected to a first heating reaction while passing the two or more raw materials through a first fine channel having an inner diameter of 1 μm to 1 mm, and then the temperature is higher than the temperature in the first heating reaction. A method for producing semiconductor fine particles, comprising producing the semiconductor fine particles by subjecting two or more raw materials to a second heating reaction.
前記第2加熱反応は、内径が直径1μm〜1mmの第2微細流路内を通過させて行う
ことを特徴とする半導体微粒子製造方法。 In the semiconductor fine particle manufacturing method according to claim 1,
The second heating reaction is carried out by passing through a second fine channel having an inner diameter of 1 μm to 1 mm.
前記2以上の原料は、前記第1微細流路内を通過させる直前に混合する
ことを特徴とする半導体微粒子製造方法。 In the semiconductor fine particle manufacturing method according to claim 1 or 2,
The two or more raw materials are mixed immediately before passing through the first fine flow path.
前記半導体微粒子は、結晶性の微粒子を生成するものである
ことを特徴とする半導体微粒子製造方法。 In the semiconductor fine particle manufacturing method according to one selected from claims 1 to 3,
The method for producing semiconductor fine particles, wherein the semiconductor fine particles generate crystalline fine particles.
前記半導体微粒子が、III−V族化合物半導体である
ことを特徴とする半導体微粒子製造方法。 In the semiconductor fine particle manufacturing method according to claim 1 selected from claims 1 to 4,
The method for producing semiconductor fine particles, wherein the semiconductor fine particles are III-V group compound semiconductors.
前記2以上の原料は、インジウム(In)原料とリン(P)原料からなる
ことを特徴とする半導体微粒子製造方法。
In the semiconductor fine particle manufacturing method according to claim 5,
The two or more raw materials include an indium (In) raw material and a phosphorus (P) raw material.
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