npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041
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Article

Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2019; 69: 16-24

Published online January 31, 2019 https://doi.org/10.3938/NPSM.69.16

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Study of the Shapes of CdSe/CdS Nanocrystals by Using Raman Spectroscopy and the Stokes Shift

Seong-Wook PARK, Hoon-Hyun CHO, Dong-Sun YOO, Il-Gon KIM*

Department of Physics, Changwon National University, Changwon 51140, Korea

Correspondence to:igkim@changwon.ac.kr

Received: September 16, 2018; Accepted: December 3, 2018

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

In order to obtain data on the formation process of CdSe/CdS core/shell semiconductor nanocrystals, we subjected samples of nanocrystals to long-term heat treatment at a temperature of 80 $^\circ$C. After a certain time, the absorption and the emission spectra were measured using parts of the samples. As the heat treatment time was increased, the Stokes shift decreased until the growth of the CdSe nanocrystals stopped. The time when the Stokes shift increases after a certain time can be regarded as the time when the surfaces of nanocrystals change. A method for distinguishing whether CdSe/CdS has core-shell structure or is an alloy was studied by analyzing the Raman spectra and the X-ray diffraction (XRD) patterns of the samples at the time when the surfaces of the nanocrystals changed. When CdSe/CdS core-shell semiconductor nanocrystals are synthesized, a chance exists that interfaces will be observed in CdS$_x$Se$_{1-x}$ alloys. Thus, distinguishing whether the synthesized nanocrystals have a core-shell structure or are CdS$_x$Se$_{1-x}$ alloys is possible. If a new phonon is observed between phonon L01 and phonon L02 in the Raman spectra, the material is an alloy. A more precise core-shell structure can be identified by looking at the XRD pattern and the Stokes shift.

Keywords: Nanocrystals, Core/shell, Alloy, Stokes shift, Raman spectrum

CdSe/CdS 반도체 나노결정이 형성되는 과정에 대한 정보를 얻기 위해서 합성된 CdSe 나노결정 시료를 80 $^\circ$C의 온도에서 장시간 열처리하였다. 일정한 시간이 경과하면 시료의 일부를 채취하여, 흡수와 발광스펙트럼을 측정하였다. 열처리 시간이 증가하면 CdSe 나노결정의 성장이 멈출 때까지 스토크스 이동이 감소한다. 특정한 시간이 지나서 스토크스 이동이 증가하기 시작할 때를 나노결정의 표면 상태가 변하는 시점으로 볼 수 있으며, 이때의 시료에 대한 라만스펙트럼과 X선 회절(X-ray diffraction, XRD)로부터 CdSe/CdS가 합금 (alloy) 형태인지 아니면 코어/셀 구조인지를 구별하는 방법에 대해서 조사하였다. CdSe/CdS 코어/셀 구조의 반도체 나노결정을 합성할 때, 경계면에서의 CdS$_x$Se$_{1-x}$ 형태의 합금 구조가 보일 수 있는 가능성이 있으며, 합성한 나노결정이 코어/셀 구조인지 아니면 CdS$_x$Se$_{1-x}$ 형태의 합금 구조인지는 라만스펙트럼에서 LO1포논과 LO2포논 사이에서 특정한 새로운 포논이 관측되면 합금 구조로 판단할 수 있으며, XRD, 스토크스 이동을 참조하면 더 정확하게 코어/셀 구조를 확인할 수 있다.

Keywords: 나노입자, 코어/쉘, 합금, 스토크스 이동, 라만스텍트럼

Figures

Fig. 1. Raman spectra of CdSe/CdS nanocrystals.

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