課題番号 ：S-15-MS-1049
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：カルコゲナイド半導体ナノ粒子の発光特性に関する研究
Program Title (English) ：Luminescence properties of chalcogenide semiconductor nanoparticles
利用者名（日本語） ：濱中　泰
Username (English) ：Y. Hamanaka
所属名（日本語） ：名古屋工業大学大学院工学研究科
Affiliation (English) ：Nagoya Institute of Technology

１．概要（Summary ）
　I-III-VI2族のカルコパイライト系半導体ナノ粒子は低毒性元素で構成された環境調和蛍光材料として注目されている。バンドギャップが大きく格子定数が近いZnSのシェル層を付与すると，発光量子効率が向上するとの報告が多いが，そのメカニズムには不明な点が多い。本研究では，代表的なI-III-VI2族半導体であるAgInS2ナノ粒子を対象に，ZnSシェル層を付与し発光特性を評価した。
２．実験（Experimental）
液相法によって平均粒径約4 nmのAgInS2ナノ粒子を合成した[1]。ZnSシェルを成長させるため，AgInS2ナノ粒子をオクタデセンとドデカンチオールの混合溶液に分散させ，酢酸亜鉛を加えて加熱しながら，オクチルアミンに硫黄を加えた溶液を滴下した。得られたナノ粒子の吸収・発光スペクトルを測定して，発光量子収率を見積もった。標準試料にはローダミン色素（R101）を採用した。
可視紫外分光光度計Hitachi　U-3500を使用して吸収スペクトルを測定した。発光スペクトルは蛍光分光光度計Horiba　SPEX　Fluorolog 3-21によって測定した。発光スペクトルは可視から近赤外領域に渡って広がっているため，測定波長域によって可視用の光電子増倍管R928（電子冷却）と近赤外用のR5509-73（液体窒素冷却）を使い分けた。
３．結果と考察（Results and Discussion）
　図１に，シェル成長前後のナノ粒子の吸収スペクトルと発光スペクトルを示す。どちらのナノ粒子の吸収スペクトルにも，2.2 eV付近に肩状のピークがみられる。このピークの起源はAgInS2ナノ粒子のバンド間遷移である。キャリアの量子閉じ込め効果により，バンドギャップはバルク（1.87 eV）より増加している。発光スペクトルは1.5 eV付近にピークを示し，AgInS2単体のナノ粒子よりもシェルを付与したナノ粒子の方が発光強度は大きい。発光量子効率は，ZnSシェル成長前後で3.6 %から4.2 %に増加した。ZnSシェルを付与したナノ粒子は2 eV以下の吸光度が高い。これはギャップ内準位が存在することを示唆している。

４．その他・特記事項（Others）
〔謝辞〕
本研究は，行時大地氏，渡辺健斗氏（名工大大学院生）と葛谷俊博博士（室蘭工業大学）と共同で実施した。蛍光分光光度計と可視紫外分光光度計の使用にあたりご支援いただいた上田正氏に感謝申し上げる。
〔参考文献〕
[1] T. Ogawa, T. Kuzuya, Y. Hamanaka and K. Sumiyama, J. Mater. Chem. 20 (2010) 2226.
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Hamanaka, D. Yukitoki and T. Kuzuya, Appl. Phys. Express Vol. 8（2015）p.p.095001-1-095001-4.
(2) 渡辺健斗，行時大地，濱中　泰，葛谷俊博, 日本物理学会2015年秋季大会, 平成2７年9月18日.
６．関連特許（Patent）
なし。