Recent advances in the preparation of semiconductors as isolated nanometric particles: new routes to quantum dots

Abstract

Nanoparticles of semiconductor materials have been the subject of intense research in the last five years owing to the novel electronic, catalytical and optical properties observed in such materials. The unusual properties of these so called quantum dots can be attributed to two main factors: the large surface to volume ratio of atoms and the confinement of charge carriers in a ‘quantum mechanical box’. Small particles of semiconductors have been prepared by a number of routes, often using colloidal chemistry methods but more recently using organometallic routes. The recent advances have resulted in high quality nanoparticles which have been incorporated into simple devices. In this article we cover some of the key advances in the preparation of nanometric particles of semiconductors. The cover illustration depicts three sizes of TOPO capped CdSe.

References

1. D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 73rd student edn., Boca Raton, FL, 1993.
2. M. L. Steigerwald and L. E. Brus, Acc. Chem. Res., 1990, 23, 183.
3. H. Weller, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1993, 32, 41.
4. N. Chestoy, T. D. Harris, R. Hull and L. E. Brus, J. Phys. Chem., 1986, 90, 3393.
5. L. E. Brus, J. Phys Chem., 1986, 90, 2555.
6. L. E. Brus, J. Phys. Chem., 1983, 79, 5566.
7. U. Banin, Y. W. Cao, D. Katz and O. Millo, Nature, 1999, 400, 542.
8. M. Brust, J. Fink, D. Bethel, D. J. Schriffren and C. Kiely, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, 1655.
9. J. Tanori and M. P. Pileni, Adv. Mater., 1995, 7, 862.
10. R. A. Andrievskii, Russ. Chem. Rev., 1994, 63, 411.
11. A. Kornowski, M. Giersig, M. Vogel, A. Chemseddine and H. Weller, Adv. Mater., 1993, 5, 634.
12. A. Fojtik and A. Henglein, Chem. Phys. Lett., 1994, 221, 363.
13. V. K. La Mer and R. H. Dinegar, J. Am. Chem. Soc., 1950, 72, 4847.
14. T. Johnson and V. K. La Mer, J. Am. Chem. Soc., 1947, 69, 1184.
15. R. J. Hunter, Foundations of Colloid Science, Oxford University Press, 6th edn., Oxford, 1993, vol. 1, pp. 13–17.
16. A. Henglein, Pure Appl. Phys., 1984, 56, 1215.
17. R. Rossetti, J. L. Ellison, J. M. Gibson and L. Brus, J. Chem. Phys., 1984, 80, 4464.
18. R. Rossetti, R. Hull and J. M. Gibson, J. Chem. Phys., 1985, 82, 552.
19. H. Weller, Adv. Mater., 1993, 5, 88.
20. H. Weller, A. Fojtik and A. Henglein, Chem. Phys. Lett., 1985, 117, 485.
21. M. Haase, H. Weller and A. Henglein, Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem., 1988, 92, 1103.
22. K. Sookal, B. S. Cullum, S. Michel Angel and C. J. Murphy, J. Phys. Chem., 1996, 100, 4551.
23. Y. Wang and N. Herron, J. Phys. Chem., 1987, 91, 257.
24. H. J. Wazke and J. H. Fendler, J. Phys. Chem., 1987, 91, 854.
25. T. Abe, Y. Tachibana, T. Uematsu and M. Iwamoto, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, 1617.
26. Y. Wang, A. Suna, W. Mahler and R. Kasowski, J. Chem. Phys., 1987, 87, 7315.
27. A. R. Kortan, R. Hull, R. L. Opila, M. G. Bawendi, M. L. Stiegerwald, P. J. Carrol and L. E. Brus, J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 1327.
28. M. L. Steigerwald, A. P. Alivisatos, J. M. Gibson, T. D. Harris, R. Kortan, A. J. Muller, A. M. Thayer, T. M. Duncan, D. C. Douglas and L. E. Brus, J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 3046.
29. E. S. Brigham, C. S. Weisbecker, W. E. Rudzinski and T. E. Mallouk, Chem. Mater., 1996, 8, 2121.
30. J. E. McDougall, H. Eckert, G. D. Stucky, N. Herron, Y. Wang, K. Moller, T. Bein and D. Cox, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 8006.
31. G. Cao, L. K. Rabenberg, C. M. Nunn and T. E. Mallouk, Chem. Mater., 1991, 3, 149.
32. S. W. Haggata, X. Li, D. J. Cole-Hamilton and J. R. Fryer, J. Mater. Chem., 1996, 6, 1771.
33. S. W. Haggata, D. J. Cole-Hamilton and J. R. Fryer, J. Mater. Chem., 1997, 7, 1969.
34. X. Li, J. R. Fryer and D. J. Cole-Hamilton, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1994, 1715.
35. C. B. Murray, D. J. Norris and M. G. Bawendi, J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 8706.
36. M. Kuno, J. K. Lee, B. O. Dabbousi, F. V. Mikulec and M. G. Bawendi, J. Chem. Phys., 1997, 106, 9869.
37. J. E. Bowen-Katari, V. L. Colvin and A. P. Alivisatos, J. Phys. Chem., 1994, 98, 4109.
38. M. Green and P. O'Brien, Adv. Mater. Opt. Electron, 1997, 7, 277.
39. A. L. Efros, M. Rosen, M. Kuno, M. Nirmal, D. J. Norris and M. Bawendi, Phys. Rev. B: Condens. Matter, 1996, 54, 4843.
40. M. Nirmal, D. J. Norris, M. Kuno, M. G. Bawendi, A. L. Efros and M. Rosen, Phys. Rev. Lett., 1995, 75, 3728.
41. L. R. Becerra, C. B. Murray, R. G. Griffin and M. G. Bawendi, J. Chem. Phys., 1994, 100, 3297.
42. T. Trindade and P. O'Brien, Adv. Mater., 1996, 8, 161.
43. T. Trindade, P. O'Brien and X. Zhang, Chem. Mater., 1997, 9, 523.
44. B. Ludolph, M. A. Malik, P. O'Brien and N. Revaprasdu, Chem. Commun., 1998, 1849.
45. M. Chunggaze, J. McAleese, P. O'Brien and D. J. Otway, Chem. Commun., 1998, 833.
46. N. Revaprasdu, M. A. Malik and P. O'Brien, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1999, 536, 353.
47. M. A. Hines and P. Guyot-Sionnest, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 3655.
48. N. Revaprasadu, M. A. Malik, P. O'Brien, M. M. Zulu and G. Wakefield, J. Mater. Chem., 1998, 8, 1885.
49. T. Trindade, P. O'Brien, X. Zhang and M. Motevalli, J. Mater. Chem., 1997, 7, 1011.
50. J. E. Bowen-Katari, V. L. Colvin and A. P. Alivisatos, J. Phys. Chem., 1994, 98, 4109.
51. X. Peng, M. C. Schlamp, A. V. Kadanavich and A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 7019.
52. B. O. Dabousi, J. Rodriguez-Viejo, F. K. Mikulec, J. R. Heine, H. Matoussi. R. Ober, K. F. Jensen and M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 1997, 101, 9463.
53. N. Revaprasadu, M. A. Malik and P. O'Brien, Chem. Commun., 1999, 1573.
54. M. Danek, K. F. Jensen, C. B. Murray and M. G. Bawendi, J. Cryst. Growth, 1994, 145, 714.
55. J. R. Heath and J. J. Shiang, Chem. Soc. Rev., 1998, 27, 65.
56. O. I. Micic, J. R. Sprague, C. J. Curtis, K. M. Jones, J. L. Machol, A. J. Nozik, H. Giessen, B. Fluegel, G. Mohs and N. Peyghambarian, J. Phys. Chem., 1995, 99, 7754.
57. A. A. Guzelian, J. E. B. Katari, U. Banin, A. V. Kadavanich, X. Peng, A. P. Alivisatos, K. Hamed, E. Juban, R. H. Wolters, C. C. Arnold and J. R. Heath, J. Phys. Chem., 1996, 100, 7212.
58. R. L. Wells, C. G. Pitt, A. T. McPhail, A. P. Purdy, S. Shafieezad and H. B. Hallock, Chem. Mater., 1989, 1, 4.
59. M. D. Healy, P. E. Laibinis, P. Stupik and A. R. Barron, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1989, 359.
60. A. A. Guzelian, U. Banin, A. V. Kadavanich, X. Peng and A. P. Alivisatos, Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 1432.
61. O. I. Micic, K. M. Jones, A. Cahill and A. J. Nozik, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 9791.
62. M. Green and P. O'Brien, Chem. Commun., 1998, 2459.
63. M. Green and P. O'Brien, unpublished work.
64. M. Green and P. O'Brien, Adv. Mater., 1998, 10, 527.
65. M. Green and P. O'Brien, J. Mater. Chem., 1999, 9, 243.
66. M. Green and P. O'Brien, unpublished work.
67. S. S. Kher and R. L. Well, Chem. Mater., 1994, 6, 2056.
68. R. L. Wells, M. F. Self, A. T. McPhail, S. R. Aubuchon, R. C. Woudenberg and J. P. Jasinski, Organometallics, 1993, 12, 2832.
69. J. F. Janik, R. L. Wells, V. G. Young, A. L. Rheingold and L. A. Guzei, J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 532.
70. M. A. Olshavsky, A. N. Goldstein and A. P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 9438.
71. H. Uchida, C. J. Curtis and A. J. Nozik, J. Phys. Chem., 1991, 95, 5382.
72. H. Unchida, T. Matsunaga, H. Yoneyama, T. Sakata, H. Mori and T. Sasaki, Chem. Mater., 1993, 5, 716.
73. H. Uchida, C. J. Curtis, P. V. Kamat, K. M. Jones and A. J. Nozik, J. Phys. Chem., 1992, 62, 1156.
74. J. G. Brennan, T. Siegrist, P. J. Carrol, S. M. Stuczynski, L. E. Brus and M. L. Steigerwald, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 4141.
75. M. A. Matchett, A. M. Viano, N. L. Adolphi, R. D. Stoddard, W. E. Buhro, M. S. Conradi and P. C. Gibson, Chem. Mater., 1992, 4, 508.
76. C. B. Murray, C. R. Kagan and M. G. Bawendi, Science, 1995, 270, 1335.
77. X. Peng, T. E. Wilson, A. P. Alivisatos and P. G. Schulz, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1997, 36, 145.
78. N. C. Greenham, X. Peng and A. P. Alivisatos, Synth. Met., 1997, 84, 545.
79. D. E. Fogg, L. H. Radzilowski, B. O. Dabbousi, R. R. Schrock, E. L. Thomas and M. G. Bawendi, Macromolecules, 1997, 30, 8433.
80. D. E. Fogg, L. H. Radzilowski, R. Blanski, R. R. Schrock and E. L. Thomas, Macromolecules, 1997, 30, 417.
81. S. Norager and P. O'Brien, unpublished work.
82. C. A. Mirkin, R. L. Letsinger, R. C. Mucic and J. J. Storhoff, Nature, 1996, 382, 607.
83. A. P. Alivisatos, K. P. Johnsson, X. G. Peng, T. E. Wilson, C. J. Loweth, M. P. Bruchez and P. G. Schulz, Nature, 1996, 382, 609.
84. V. L. Colvin, M. C. Schlamp and A. P. Alivisatos, Nature, 1994, 370, 354.
85. M. C. Schlamp, X. Peng and A. P. Alivisatos, J. Appl. Phys., 1997, 82, 5837.
86. B. O. Dabbousi, M. G. Bawendi, O. Onitsuka and M. F. Rubner, Appl. Phys. Lett., 1995, 66, 1316.
87. M. Gao, B. Richter and S. Kirtein, Adv. Mater., 1997, 9, 802.
88. D. L. Klein, R. Roth, A. K. L. Lim, A. P. Alivisatos and P. L. McEuen, Nature, 1997, 389, 699.
89. M. Bruchez, M. Moronne, P. Gin, S. Weiss and A. P. Alivisatos, Science, 1998, 281, no. 5385, 2013.
90. T. Trindade and P. O'Brien, Chem. Vap. Deposit., 1997, 3, 75.