Nanopartículas de semiconductor.

Partículas nanométricas de semiconductor, en donde cada una de las partículas de semiconductor tienen unaestructura de núcleo / cubierta que comprende un núcleo y una cubierta y las partículas exhiben un tamañopromedio de partículas de no más de 100 nm y un tamaño de núcleo promedio desde 2 a 20 nm.

caracterizadas porque

el coeficiente de variación de la distribución de los tamaños de núcleos es de no más del 30 %.

Nanopartículas de semiconductor

Campo técnico

La presente invención se refiere a partículas nanométricas de semiconductor que tienen una estructura de núcleo / cubierta, y en particular a partículas nanométricas de semiconductor de una estructura de núcleo / cubierta en las cuales el coeficiente de variación de la distribución de los tamaños de partículas de núcleos y de la distribución de los tamaños de nanopartículas cubiertas cae respectivamente dentro del 30 % y a un procedimiento de fabricación de las mismas.

Antecedentes técnicos Se sabe que entre las ultra-micro-partículas de semiconductores o metales las partículas nanométricas tienen un tamaño de partículas menor que la longitud de onda de un electrón (ca. 10 nm) , sobre las cuales la influencia de finitud del tamaño sobre el movimiento de los electrones aumenta como un efecto cuántico de tamaño, exhiben una propiedad física específica diferente de las del cuerpo grueso (como se describe en el documento no de patente 1) . Las partículas nanométricas de semiconductor de una estructura de núcleo / cubierta que se cubre con un material diferente de la porción del núcleo de las nanopartículas se puede hacer funcionar sin variar el tamaño de la forma de las partículas del núcleo o se espera representar una diferente característica de las del material grueso del núcleo o la cubierta, por lo tanto se observa como un nuevo catalizador altamente activo, como un material foto funcional o como un material para elementos ópticos. Cuando se expone la superficie de las nanopartículas a emisión de luz, varios defectos existentes en la superficie de las nanopartículas se convierten en un destructor de la emisión, conduciendo a una disminución de la eficacia de la emisión. Para superar esto, la intensidad de la emisión se puede mejorar cubriendo las nanopartículas con material de revestimiento que exhibe un hueco de banda mayor que el hueco de banda correspondiente a la longitud de onda de la emisión, y por lo tanto forman una estructura de núcleo / cubierta.

Con respecto a las nanopartículas luminiscentes, se propusieron como un material óptico no lineal, ultra-micropartículas que tienen una capa de aislamiento principalmente compuesta de óxido de silicio sobre la superficie de los núcleos de silicio. Tal material se considera que es útil como un material de emisión de luz de alta intensidad que consigue una alta eficacia cuántica (como se describe el documento de patente 1) .

Las partículas de fósforo que tienen cristales nano-estructurados recubiertos con un componente de cristal pueden exhibir emisiones de excitación incluso con un voltaje relativamente bajo, conduciendo a una alta eficacia luminiscente (como se describe en el documento de patente 2) .

Se desveló una estructura de fósforo de núcleo / cubierta, que exhibe una alta eficacia de emisión (como se describe en el documento de patente 3) . Este fósforo se compone de un núcleo de fósforo en un tamaño de partícula de 10 nm o menor y que incluye un primer elemento de dopaje que forma un nivel de aceptador y un segundo componente de dopaje que forma un nivel de donante en un semiconductor que contiene ZnS como un primer constituyente principal y un compuesto semiconductor de los grupos II - VI como un segundo constituyente opcional, y estando el núcleo disperso en un material de recubrimiento que exhibe un hueco de banda mayor que el hueco de banda correspondiente a la longitud de onda de emisión del fósforo.

De este modo, se puede conseguir una mayor energía del hueco de banda disminuyendo el tamaño de la partícula del núcleo a nivel nanométrico para exhibir el efecto cuántico de tamaño y formando también una estructura de núcleo / cubierta, como se ha descrito anteriormente. Sin embargo no se han realizado estudios con respecto al efecto de la dispersión del tamaño en las partículas nanométricas de semiconductor sobre las propiedades ópticas. Además, no se puede conseguir fácilmente una producción a escala industrial de partículas nanométricas de semiconductores que exhiban una distribución uniforme del tamaño de las partículas.

El documento de patente 4 desvela nanopartículas de Si/SiO2 núcleo / cubierta (reivindicaciones 1, 5; párrafos [0068]; figura 8) con un diámetro del núcleo de Si cristalino de 4nm y una cubierta de dióxido de silicio de aproximadamente 1, 1 nm de grosor. Dichas nanopartículas de Si/SiO2 tienen un diámetro promedio de aproximadamente 5 - 20 nm (reivindicación 13) . Sin embargo, dicho documento no desvela que si el coeficiente de variación de la distribución de los tamaños del núcleo es <= 30 % conduce a un semi-ancho disminuido del pico de emisión, para un solapamiento reducido con la emisión de partículas de otros tamaños de partículas y por lo tanto conduce a una detectabilidad mejorada y una luminancia aumentada.

El documento no de patente 2 (figura 2, página 3792, columna izquierda, tercer párrafo) desvela los efectos técnicos descritos para las partículas sin cubierta tales como agrupaciones de Si dispersos en una matriz de SiO2 (con un tamaño de núcleo (tamaño de agrupamiento) de 5nm (50 ) y distribuciones de tamaño de agrupamiento de 1 , 2, 5

y 10 ; el coeficiente de variación de la distribución del tamaño del núcleo de por ejemplo el 2 %) pero no para las partículas de núcleo / cubierta como en la presente invención.

Documento de patente 1: JP-A Nº 5-224261.

Documento de patente 2: JP-A Nº 2000-265166 Documento de patente 3: JP-A Nº 2005-120117 Documento de patente 4: US 2004/229447 A1 (SWIHART MARK T [US] Y OTROS) 18 de Noviembre de 2004 () Documento no de patente 1: Nikkei Sentan Gijutsu (Nikkei Advanced Technology) . 27 de Enero de 2003, páginas 1-4. Documento no de patente 2: TRWOGA P F Y OTROS : "Modeling the contribution of quantum confinement to luminiscence from silicom nanoclusters". DIARIO DE FISICA APLICADA, INSTITUTO AMERICANO DE FÍSICA, NUEVA YORK, US, vol. 83, Nº 7, 1 de Abril de 1998 () , páginas 3789 - 3794, XP012044949, ISSN: 0021-8979, DOI: 10.1063/1.366608

Revelación de la invención Problema a resolver

Como se ha descrito anteriormente, no se sabe nada con respecto al efecto de la dispersión en el tamaño de las partículas sobre las propiedades ópticas de las nanopartículas de una estructura de núcleo / cubierta. Los inventores descubrieron que cuando la distribución de los tamaños de partículas de las partículas nanométricas de semiconductor y de las partículas del núcleo caía cada una dentro de un cierto intervalo, se conseguía la mejora de las características de emisión y la eficacia de la emisión. La presente invención se ha realizado en base a tales descubrimientos. De este modo, es un objetivo de la invención proporcionar partículas nano-métricas de semiconductor (en adelante en este documento, también llamadas como partículas nanométricas de semiconductor) de una estructura de núcleo / cubierta, que exhiben una limitación apropiada en la dispersión con respecto a las propiedades ópticas superiores de un elemento óptico, y un procedimiento de preparación de las mismas.

Medios para resolver el problema Las partículas nanométricas de semiconductor de la invención tienen una estructura de núcleo / cubierta que comprende un núcleo y una cubierta, las partículas cubiertas exhiben un tamaño de partícula promedio de no más de 100 nm y un sitio de núcleo promedio de 2 a 20 nm, y se caracterizan en que el coeficiente de variación de la distribución de los tamaños de núcleos es no más del 30 %.

Las partículas preferentemente exhiben un coeficiente de variación en la distribución de los tamaños de partículas de no más del 30 %.

El núcleo se compone preferentemente de una composición que incluye al menos un elemento seleccionado del grupo consistente en B, C, N, Al, Si, P, S, Zn, Ga, Ge, As, In, Sb y Te.

La cubierta se compone preferentemente de una composición que exhibe un mayor hueco de banda que el del núcleo.

El núcleo se compone preferentemente de silicio y la cubierta se compone preferentemente de óxido de silicio.

Efecto de la invención Las partículas nanométricas de semiconductor de una estructura de núcleo / cubierta se controlan de modo que el coeficiente de variación de la distribución de los tamaños de núcleos y los tamaños de las partículas cubiertas caen respectivamente dentro de unos intervalos determinados, por lo que las características ópticas se optimizan. Una distribución de los tamaños de partículas que cae dentro de un intervalo relativamente estrecho efectivamente da como resultado efectos cuánticos de tamaño y efectos cuánticos de confinamiento. En consecuencia,... [Seguir leyendo]

1. Partículas nanométricas de semiconductor, en donde cada una de las partículas de semiconductor tienen una estructura de núcleo / cubierta que comprende un núcleo y una cubierta y las partículas exhiben un tamaño promedio de partículas de no más de 100 nm y un tamaño de núcleo promedio desde 2 a 20 nm.

caracterizadas porque el coeficiente de variación de la distribución de los tamaños de núcleos es de no más del 30 %.

2. Las partículas de semiconductor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las partículas exhiben un coeficiente de variación en la distribución de los tamaños de partículas de no más del 30 %.

3. Las partículas de semiconductor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el núcleo se compone de una

composición que incluye al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en B, C, N, Al, Si, P, S, Zn, Ga, Ge, As, Cd, In, Sb y Te.

4. Las partículas de semiconductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la cubierta se compone de una composición que exhibe un mayor hueco de banda que el del núcleo.

5. Las partículas de semiconductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el núcleo 15 se compone de silicio y la cubierta se compone de óxido de silicio.

6. Las partículas de semiconductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el núcleo se compone de una única sustancia cristalina.

7. Las partículas de semiconductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde las

partículas exhiben un grosor promedio de la cubierta que no es menor de 0, 2 nm y no mayor de 1/2 del tamaño 20 promedio de los núcleos de partículas.

8. Las partículas de semiconductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el núcleo se compone de silicio o de germanio.

9. Las partículas de semiconductor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la cubierta se compone de óxido de silicio.