Optoelectron. Semicond. Tech. 55, 126-135 (2020)

G.V. Dorozinsky, K.S. Dremliuzhenko, O.A. Kapush, D.V. Korbutyak, V.P. Maslov


Effect of activation current variation in the synthesis of quantum dots (QD) of cadmium telluride in

colloidal solutions on the change of emission spectra of photoluminescence (PL), the average size of QD and the change

in the angular position of refractometric characteristics of surface plasmon resonance (SPR) was studied. The activation

current was changed from 0.1 to 0.6 A in steps of 100 mA. For comparison, also performed the synthesis of cadmium

telluride QD in colloidal solutions with a change in the duration of the synthesis in the range from 1 to 5 minutes in

increments of 1 minute. The average QD size of cadmium telluride was determined by the peak values of the measured

PL spectra of the corresponding colloidal solutions according to the modified Bruce formula. The response of the SPR

sensor constructed according to the Kretschman scheme was defined as the angular shift of the minimum of the

measured refractometric characteristics of the SPR when replacing deionized water with the studied colloidal solutions.

The results of the study showed that the increase in the activation current in contrast to the increase in the duration of

the synthesis led not only to a decrease in PL intensity, but also to its increase at low currents, which may be due to

"electropolishing" of the quantum dot surface. Both technologies for the synthesis of quantum dots were characterized

by the presence of slow growth processes, which was associated with the thermodynamics of nucleation processes and

manifested in the form of saturation regions on the graphs of PL peak and minimum refractometric characteristics of

SPR from synthesis duration and activation current. At different durations of quantum dot synthesis, a dependence

(correlation coefficient -0.9992) was established between the response of the SPR sensor and the spectral position of the

PL maximum, which was approximated by a linear function with a matching coefficient R 2 = 0.998. The results of the

study showed that the use of variation of activation current in stabilizing the duration of synthesis is the dominant

condition for creating high-emission light-emitting and light-converting semiconductor systems based on cadmium

telluride QD, because with variation of activation current PL intensity was 431.9 abs., 4 times higher than for the case

of variation in the duration of synthesis, namely 181.2 The results of the study can be used to optimize the

technology of manufacturing QD of cadmium telluride with predetermined characteristics.

Keywords: quantum dots, cadmium telluride, photoluminescent spectroscopy, surface plasmon resonance,

nanoparticle synthesis technology.


1. Wang Y., Lu J., Tong Z., Huang H. A fluorescence quenching method for determination of copper ions with CdTe quantum dots, J. Chil. Chem. Soc., 2009, 54 (3), 274-277.

2. Bruchez M. J., Moronne M., Alivisatos A. P., et al. Science, 1998, 281, 2013.

3. J. Duan, L. Song, J. Zhan. One-Pot Synthesis of Highly Luminescent CdTe Quantum Dots by Microwave Irradiation Reduction and Their Hg2+-Sensitive Properties, Nano Res, 2009, 2, 61-68

4. Susha A. S., Javier A. M., Parak W. J., Rogach, A. L. Luminescent CdTe QDs as ion probes and pH sensors in aqueous solutions. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp., 2006, 281, 40-43.

5. Mutavdzic D., Xu J., Thakur, G. Triulzi R., Kasas S., Jeremic M., Leblanc R., Radoti K. Determination of the size of quantum dots by fluorescence spectroscopy, Analyst, 2011, 136, 2391-2396.

6. Triboulet R. Fundamentals of the CdTe Sysnthesis, J.Alloys Compd., 2004, 371 (1-2), 67-71.

7. Kui Yu. Method of synthesis colloidal nanocrystals /Kui Yu, John Ripmeeeter //United States Patent US 7,267,810 B2. - 2007.

8. Yian Zhu , Zhen Li, Min Chen. One-pot preparation of highly fluorescent cadmium telluride/cadmium sulfide quantum dots under neutral-pH condition for biological applications, Journal of Colloid and Interface Science, 2013, 390, 3-10.

9. H. Zhang, L. Wang , H. Xiong. Hydrothermal Synthesis for High‐Quality CdTe Nanocrystals, Advanced Materials, 2003, 15 (20), Pages 1712-1715.

10. Sposib sintezu nanokristaliv kadmij teluridu z paramagnitnoyu domishkoyu, Kapush O. A., Yemec A. I., Dzhagan V. M., Budzulyak S. I., Korbutyak D. V., Valah M. Ya., Demchina L. A., Dremlyuzhenko K., Isayeva O. F., Trishuk L. I., Tomashik V. M. //Patent Ukrayini na korisnu model № 132984. - Byuleten № 6 "Promislova vlasnist". - 25.03.2019 r.

11. Parak W. J., Manna L., Simmel F. C., Gerion D., Alivisatos P., in Nanoparticles: From theory to Application, ed. G. Schmid, 2010, Wiley-VCH, pp. 3-49.

12. Rogach A. L., Kornowski A., Gao M., Eychmuller A., Weller H., J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 3065.

13. Mokari T., Banin U., Chem. Mater., 2003, 15, 3955.

14. Golan Y., Hodes G., Rubinstein I., J. Phys. Chem., 1996, 100, 2220.

15. Yu W. W., Qu L., Guo W., Peng X., Chem. Mater., 2003, 15, 2854.

16. Kim J.-W., Han J. J., Choi J.-G., Kim D.-K., Je K.-C., Park S.-H., Yun J.-I., Fanghanel T., J. Korean Phys. Soc., 2006, 49, 135.

17. Murray C. B., Kagan C. R., Bawendi M. G., Annu. Rev. Mater. Sci., 2000, 30, 545.

18. Dorozinska H.V., Dorozinsky G.V., Ushenin Yu.V., Maslov V.P. Trends in the development of analytical devices based on surface plasmon resonance and perspective directions of their application, Scholars' Press (OmniScriptum Publishing Group), 2018, 293 p.

19. Kretschmann E., Raether H. Radiative decay of non-radiative surface plasmons excited by light, Naturforschung, 1968, 123, 2135-2136.

20. Maslov V.P., Dorozinsky G.V., Dorozinska H.V. Promising method for determining the concentration of nano-sized diamond powders in water suspensions, Functional Materials Journal, 2018, 25 (1), 158-164.

21. Kulakovich O. S., Korbutyak D. V., Kalytchuk S. M., Budzulyak S. I., Kapush O. A., Trishchuk L. I., Vaschenko S. V., Stankevich V. V., Ramanenka A. A. Influence of conditions for synthesis of CdTe nanocrystals on their photoluminescence properties and plasmon effects, Journal of Applied Spectroscopy, 2012, 79 (5), 765-772.

22. Kapush O.A., Trishchuk L.I., Tomashik V.N., Tomashik Z.F. Effect of Thioglycolic Acid on the Stability and Photoluminescence Properties of Colloidal Solutions of CdTe Nanocrystals, Inorganic Materials, 2014, 50 (1) 13-18.

23. Kapush O.A., Budzulyak S.I., Korbutyak D.V., Vakhnyak N.D., Boruk S.D., Dzhagan V.M., Yemets A.I., Valakh M.Ya. Influence of the dispersion medium on the properties of CdTe micro- and nanocrystals in a colloidal solution, Functional materials, 2019, 26(1), 27-34.

24. Kippeny T., Swafford L.A., Rosenthal S.A. Semiconductor Nanocrystals: A Powerful Visual Aid for Introducing the Particle in a Box, Journal of Chemical Education, 2002, 79 (9), 1094-1100.

25. Dorozinsky G., Doroshenko T., Maslov V. Influence of technological factors on sensitivity of analytical devices based on surface plasmon resonance, Journal of Sensor Technology, 2015, 5, 54-61.

26. Dorozinska H.V., Turu T.A., Markina O.M., Dorozinsky G.V., Maslov V.P. Influence of Temperature on the Measuring Accuracy of Devices Based on Surface Plasmon Resonance Phenomenon, Modern Instrumentation, 2018, 7, 1-10.

Г.В. Дорожинський, К.С. Дремлюженко, О.А. Капуш,Д.В. Корбутяк, В.П. Маслов


Проведено дослідження впливу варіації струму активації при синтезі квантових точок (КТ)

телуриду кадмію в колоїдних розчинах на зміну емісійних спектрів фотолюмінесценції (ФЛ), середнього

розміру КТ та зміну кутового положення рефрактометричних характеристик поверхневого плазмонного

резонансу (ППР). При цьому струм активації змінювали від 0,1 до 0,6 А з кроком 100 мА. Для порівняння також

проводили синтез КТ телуриду кадмію в колоїдних розчинах при зміні тривалості синтезу в межах від 1 до 5

хвилин з кроком 1 хвилина. Середній розмір КТ телуриду кадмію визначали за величинами піків виміряних

спектрів ФЛ відповідних колоїдних розчинів за модифікованою формулою Бруса. Відгук ППР-сенсора,

побудованого за схемою Кречмана, визначали як кутовий зсув мінімуму виміряної рефрактометричної

характеристики ППР при заміщенні деіонізованої води на досліджувані колоїдні розчини. Результати

дослідження показали, що збільшення струму активації, на відміну від збільшення тривалості синтезу,

призводило не тільки до спадання інтенсивності ФЛ, а й до її зростання при малих струмах, що може бути

наслідком «електрополірування» поверхні квантових точок. Для обох технологій синтезу квантових точок

характерним була наявність процесів їх повільного росту, що було пов’язано з термодинамікою процесів

зародкоутворення та проявлялось у вигляді областей насичення на графіках залежності піку ФЛ та мінімуму

рефрактометричної характеристики ППР від тривалості синтезу і струму активації. При різній тривалості

синтезу квантових точок між відгуком ППР-сенсора та спектральним положенням максимуму ФЛ була

встановлена залежність (коефіцієнт кореляції -0,9992), яка апроксимувалась лінійною функцією з коефіцієнтом

узгодження R 2 =0,998. Результати дослідження показали, що застосування варіації струму активації при

стабілізації тривалості синтезу є домінуючою умовою для створення високоемісійних світловипромінюючих та

світлоперетворюючих напівпровідникових систем на основі КТ кадмій телуриду, оскільки при варіації струму

активації інтенсивність ФЛ становила 431,9 абс.один., котра в 2,4 рази вища, ніж для випадку варіації

тривалості синтезу, а саме – 181,2 абс.один. Результати дослідження можуть бути застосовані для оптимізації

технології виготовлення КТ телуриду кадмію із заздалегідь заданими характеристиками.

Ключові слова: квантові точки, кадмію телурид, фотолюмінесцентна спектроскопія, поверхневий

плазмонний резонанс, технологія синтезу наночастинок.