초록 ▼

○ 본 연구는 차세대 핵심 소재로 주목받고 있는 반도체 양자점을 완전 무기 소재 기반으로 구현함으로써, 기존 화학 반응법으로 제조된 양자점 소재의 한계를 획기적으로 극복하여 가시광 영역의 차세대 발광소재를 제공하는 데 그 목적이 있으며, 이를 위해 3년간 다양한 연구를 통해 아래의 연구 결과를 획득하였음
1) ZnSe 첨가에 따른 silicate 유리 소재내 color center 및 나노결정 형성
○ 유리에 ZnSe첨가시 Se2- color center가 형성되며 UV여기시 이를 통한 광대역의 가시광 발광이 가능함을 확

○ 본 연구는 차세대 핵심 소재로 주목받고 있는 반도체 양자점을 완전 무기 소재 기반으로 구현함으로써, 기존 화학 반응법으로 제조된 양자점 소재의 한계를 획기적으로 극복하여 가시광 영역의 차세대 발광소재를 제공하는 데 그 목적이 있으며, 이를 위해 3년간 다양한 연구를 통해 아래의 연구 결과를 획득하였음
1) ZnSe 첨가에 따른 silicate 유리 소재내 color center 및 나노결정 형성
○ 유리에 ZnSe첨가시 Se2- color center가 형성되며 UV여기시 이를 통한 광대역의 가시광 발광이 가능함을 확인하였음
○ Se-Se chain 뿐만 아니라 Se nano-crystal까지 형성이 가능함을 확인하였고, ZnSe의 첨가에 따른 라만 구조 변화와 XPS 측정결과, 유리내 구조에서 ZnSe가 유리구조를 변화시키며 Se2- color center와 Se 나노결정을 형성함을 규명하였음
2) Silicate 유리 소재 내 조성 변화에 따른 나노결정 및 color center 형성
○ SiO₂와 Na₂O 및 BaO와 ZnO의 함량을 변화시키며 유리를 제조하고 측정한 결과, Na₂O 함량이 증가할수록 color center에 의한 흡수가 급격히 감소하였음
○ XRD, 라만, TEM 분석 결과, Na₂O 함량이 증가하면서 유리내 Si-O-Si network을 끊어 비가교 산소를 먼저 만들게 되어, 실질적으로 ZnSe가 Si-O-Si을 끊으며 Si-Se 결합을 만들 기회를 주지 않기 때문으로 판단되었으며, 이것은 XPS 분석을 통해 확인하였음
3) 조성변화에 따른 silicate 유리내 CdSe QD 형성기구
○ 유리내 조성변화에 따른 CdSe 형성기구를 규명하기 위해 65SiO₂+25Na₂O+5BaO+5ZnO 모유리에 CdO(x)와 ZnSe(y)의 양을 변화시키며 유리를 제조한 결과, CdO가 증가할수록 유리내 Se₂-에 의한 흡수는 줄어드는 반면, ZnSe가 증가할수록 CdSe QD 형성에 의한 흡수변화를 확인할 수 있었음
○ 라만 스펙트럼과 TEM을 통해 유리내 CdSe QD의 형성을 확인하였으며, CdO 및 ZnSe 변화에 따라 Se₂-가 변화하여, CdSe QD 생성을 위해서는 유리내 Se-Se chain의 형성이 매우 중요함을 확인하였고, 유리 구조 변화와 XPS를 통한 비가교 산소변화를 통해, 유리내에서 CdSe QD는 유리내 생성된 Se₂- 또는 Se-Se chain과 Cd이 결합하여 생성되는 것으로 판단되었음
4) 유리내 반도체 양자점 형성 및 제어
○ 가시광대역 발광을 위한 유리내 QD 생성을 위해 CdSe 양자점과 CdS 양자점을 각각 CdO와 ZnSe 또는 ZnS의 조성과 열처리 조건 변화를 통해 생성하였으며, 그 결과 CdSe의 경우 열처리 시간에 따른 흡수 변화를 확인할 수 있었으나 CdS의 경우 뚜렷한 변화를 확인하지 못했고, CdSe와 CdS QD가 함유된 유리를 LED 색변환용 소재로 활용하기 위해 450nm blue LED 칩위에 적용한 결과 색변환 효율이 떨어져 백색구현이 매우 어려움을 확인하였음
○ 가시광대역의 밴드갭 조절을 위해 CdSSe QD 생성을 도모하였으며, 이를 위해 CdO, ZnSe 및 ZnS를 동시에 첨가하여 제조한 결과, 양자점 크기에 따른 색변화를 확인하였으며, 450nm LED에 적용결과 색변환 효율이 다른 QD 함유 유리대비 매우 우수하여 백색구현이 가능한 것을 확인하였음
○ 유리내 형성되는 QD의 크기 제어 및 색품질 제어를 위해 희토류 이온을 첨가하였으며, 그 결과 희토류 함유시 양자점의 크기가 감소하는 것을 확인하였으며, 희토류에 의한 색품질 변화는 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단됨

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8