표제지
국문초록
목차
제1장 서론 19
제2장 이론적 배경 23
2.1. 양자점 23
2.1.1. 양자 제한 효과 25
2.1.2. 양자점의 구조 28
2.1.3. 양자점의 조성 37
2.2. 양자점 기반 전계발광 소자 47
2.2.1. 소자 구조 및 구동 원리 48
2.2.2. 소자 성능 감소 메커니즘 및 향상 전략 52
2.2.3. 연구 개발 동향 62
2.3. 참고문헌 72
제3장 전자 수송층 표면 개질을 통한 녹색 및 적색 InP 양자점 기반 전계발광 소자 성능 향상 연구 94
3.1. 서언 94
3.2. 전자 수송층 표면 개질 연구 96
3.2.1. 실험방법 96
3.2.2. 결과 및 고찰 99
3.2.3. 결론 103
3.3. 표면 개질된 전자 수송층에 따른 양자점 기반 전계발광 소자 특성 분석 104
3.3.1. 실험방법 104
3.3.2. 결과 및 고찰 109
3.3.3. 결론 121
3.3.4. 참고문헌 122
제4장 청색 ZnSeTe 양자점 기반 고효율 및 고안정성 전계 발광 소자 제작 연구 128
4.1. 서언 128
4.2. ZMO 나노입자 물성 제어 연구 131
4.2.1. 실험방법 131
4.2.2. 결과 및 고찰 135
4.2.3. 결론 141
4.3. 청색 ZnSeTe 양자점 기반 전계발광 소자 고효율 및 고안정성화 연구 142
4.3.1. 실험방법 142
4.3.2. 결과 및 고찰 144
4.3.3. 결론 154
4.3.4. 참고문헌 156
제5장 비카드뮴계 양자점 기반 고효율 백색 전계발광 소자 제작 연구 160
5.1. 서언 160
5.2. 청색 ZnCuGaS 및 황색 CuInS 양자점 기반 백색 전계발광 소자 제작 연구 163
5.2.1. 실험방법 163
5.2.2. 결과 및 고찰 167
5.2.3. 결론 180
5.3. 청색 및 녹색 ZnSeTe 및 황색 및 적색 InP 양자점 기반 백색 tandem 전계발광 소자 제작 연구 181
5.3.1. 실험방법 181
5.3.2. 결과 및 고찰 184
5.3.3. 결론 191
5.3.4. 참고문헌 192
제6장 결론 196
ABSTRACT 200
List of publications 203
표 5.1. 단색 및 백색 전계발광 소자에 사용되는 양자점 농도에 대한 정보. 165
표 5.2. 소자 A, B 및 C의 소자 특성. 179
표 5.3. 단일 전계발광 소자에 사용되는 양자점 농도에 대한 정보. 183
표 5.4. Tandem 전계발광 소자에 사용되는 양자점 농도에 대한 정보. 183
그림 2.1. 차원에 따른 물질의 상태 밀도 함수. 23
그림 2.2. CdSe 양자점의 (a) 흡수(실선) 및 발광(점선) 스펙트럼, (b) 발광여기 스펙트럼. 24
그림 2.3. 양자점의 입자 크기에 따른 밴드갭 변화. 27
그림 2.4. 양자점의 구조. 28
그림 2.5. LaMer 메커니즘에 의한 나노 입자의 핵 생성 및 성장 원리. 30
그림 2.6. Type I, type II, reverse-type I 및 quasi-type II 코어/쉘 구조에 따른 에너지 준위 정렬 및 전하 위치 분포. 33
그림 2.7. III-V 및 II-VI 반도체 물질들의 전자 에너지 준위. 34
그림 2.8. 다양한 반도체 물질들의 밴드갭과 격자 상수. 36
그림 2.9. 격자 상수 차이에 따른 에피택시얼 성장 모식도. 36
그림 2.10. 양자점의 다양한 조성에 따른 발광 영역. 37
그림 2.11. HF 처리 유무에 따른 InP 코어의 P₂p 영역에서의 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 스펙트럼. 39
그림 2.12. (a) In³⁺-to-Ga³⁺ 양이온 교환 및 ZnSeS/ZnS 이중 쉘 모식도, GaI₃ 양에 따른 (b) InGaP 코어 양자점의 흡수 스펙트럼 및 (c) InGaP/ZnSeS/ZnS... 40
그림 2.13. (a) ZnSe 성장 조건에 따른 ZnSe/ZnS 양자점의 PL 스펙트럼 및 발광사진(inset), (b) 추가 성장에 따른 ZnSe/ZnS 양자점의 PL 스펙트럼. 42
그림 2.14. ZnSe 두께에 따른 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점의 PL 스펙트럼. 43
그림 2.15. Te/Se 비율에 따른 ZnSeTe/ZnSe/ZnSeS/ZnS 양자점의 PL 스펙트럼. 43
그림 2.16. CIS 코어 합성 조건에 따른 CIS/ZnS 양자점의 PL 스펙트럼. 45
그림 2.17. (a) DAP 및 (b) FTB recombination의 모식도. 46
그림 2.18. Ga/In 비율에 따른 AIGS/GaSx 양자점의 PL 스펙트럼 및 UV 조사 발광사진. 46
그림 2.19. MIS 구조에서 (a) Schottky emission 및 (b) F-N tunneling 에너지 밴드 다이어그램 모식도. 50
그림 2.20. 양자점 전계발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램. 51
그림 2.21. 다양한 Auger recombination 경로. 54
그림 2.22. 코어 크기 및 쉘 두께에 따른 Auger recombination rate. 55
그림 2.23. (a) 조성 구배는 갖는 코어/쉘 양자점의 구조 모식도 및 (b) 전계발광 소자의 전류 밀도에 따른 normalized EQE. 56
그림 2.24. ZnS 외각쉘 두께에 따른 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점의 단일 캐리어 소자의 전압-전류 밀도 변화 및 전하 주입에 대한 모식도. 58
그림 2.25. 양자점과 무기 전자 수송층 계면에서 발생하는 엑시톤 quenching 메커니즘 모식도. 59
그림 2.26. 유/무기 hybrid 전자 수송층 기반 양자점 전계발광 소자의 (a) 모식도 및 (b) 에너지 레벨 다이어그램. 59
그림 2.27. Tandem 구조 소자의 모식도. 61
그림 2.28. ZMO / Al / HATCN / MoO₃ 구조 ICL 기반 3 EL unit tandem 소자의 에너지 밴드 다이아그램. 61
그림 2.29. 양자점 기반 전계발광 소자의 외부 양자 효율 변화. 67
그림 2.30. 비카드뮴계 양자점 기반 백색 전계발광 소자의 (a,c,e) 구조 모식도 및 (b-f) 구동 전압에 따른 EL 스펙트럼. 71
그림 3.1. p-ZMO 및 X mmol-ZA-ZMO 나노입자 합성 모식도. 97
그림 3.2. p-ZMO 및 X mmol-ZA-ZMO 나노입자의 (a) O 1s photoelectron peaks에 대한 XPS 비교 분석, (b) FR-IR 스펙트럼 및 (c) acrylate 표면 개질... 100
그림 3.3. p-ZMO 및 X mmol-ZA-ZMO 나노입자의 (a) PL 및 (b) 흡수 스펙트럼. 101
그림 3.4. p-ZMO 나노입자의 (a) TEM 이미지 및 (b) 크기 분포 히스토그램. 101
그림 3.5. p-ZMO 및 X mmol-ZA-ZMO 나노입자의 AFM 이미지. 102
그림 3.6. 녹색 및 적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점 전계발광 소자 모식도. 107
그림 3.7. 적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점의 (a) 흡수 및 PL 스펙트럼 및 (b,c,d) 합성 단계에 따른 TEM 이미지(inset: 코어/쉘 구조 모식도). 110
그림 3.8. Glass/양자점, glass/양자점/p-ZMO 나노입자 및 glass/양자점/X mmol-ZA-ZMO 나노입자 샘플의 (a) PL 스펙트럼 및 (b) PL decay 비교. 111
그림 3.9. 적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점 기반 전계발광 소자의 (a) 모식도 및 (b) 단면 TEM 이미지. 112
그림 3.10. 적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점의 UPS 데이터 중 (a) high-binding energy secondary electron cut-off 및 (b) valence-band edge region. 113
그림 3.11. ZA 양에 따른 ZMO 나노입자의 UPS 데이터 중 (a) high-binding energy secondary electron cut-off 및 (b) valence-band edge region. 113
그림 3.12. 적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점 기반 전계발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램. 114
그림 3.13. p-ZMO 및 ZA-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 EOD의 전압-전류 밀도 비교. 114
그림 3.14. p-ZMO 및 ZA-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 적색 전계발광 소자의 (a) 구동 전압에 따른 전류 밀도 변화, 전류 밀도에 따른 (b) 휘도, (c)... 116
그림 3.15. p-ZMO 및 ZA-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 적색 전계발광 소자의 (a-d) 구동 전압에 따른 EL 스펙트럼. 117
그림 3.16. PL(solution)과 5 V에서의 EL 스펙트럼 비교. 117
그림 3.17. 녹색 InP/ZnSe/ZnS 양자점의 (a) 흡수 및 PL 스펙트럼, (b) TEM 이미지. 119
그림 3.18. p-ZMO vs. 3 mmol-ZA-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 전계발광 소자의 전압에 따른 (a) 휘도-전류 밀도 및 (b) 외부 양자 효율-전류 효율 변화. 119
그림 3.19. p-ZMO vs. 3 mmol-ZA-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 전계발광 소자의 전압에 따른 (a) 휘도-전류 밀도 및 (b) 외부 양자 효율-전류 효율 변화. 120
그림 4.1. p-ZMO 및 X mmol-CB-ZMO 나노입자 합성 모식도. 133
그림 4.2. p-ZMO 및 X mmol-CB-ZMO 나노입자의 (a) FR-IR 스펙트럼, (b) O 1s photoelectron peaks에 대한 XPS 비교 분석, (c) PL 스펙트럼. (d)... 136
그림 4.3. 청색 InP/ZnSe/ZnS 양자점의 (a) 표면 리간드에 따른 PL 스펙트럼 및 (b,c,d) 합성 단계에 따른 TEM 이미지. 137
그림 4.4. p-ZMO 및 X mmol-CB-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 EOD의 (a) 모식도 및 (b-d) 전압-전류 밀도 비교. 139
그림 4.5. Glass/양자점, glass/양자점/p-ZMO 나노입자 및 glass/양자점/X mmol-CB-ZMO 나노입자 샘플의 (a) PL 스펙트럼 및 (b) PL decay 비교. 140
그림 4.6. 청색 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점 기반 전계발광 소자의 (a) 모식도 및 (b) 단면 TEM 이미지. 145
그림 4.7. DDT- 및 TOP-양자점 기반 청색 전계발광 소자의 구동 전압에 따른 (a) 전류 밀도, (b) 휘도 및 (c) 외부 양자 효율 변화, (d) 초기 휘도 2,000... 145
그림 4.8. 청색 ZnSeTe 코어 양자점의 UPS 데이터 중 (a) high-binding energy secondary electron cut-off 및 (b) valence-band edge region. 146
그림 4.9. CB 양에 따른 ZMO 나노입자의 UPS 데이터 중 (a) high-binding energy secondary electron cut-off 및 (b) valence-band edge region. 147
그림 4.10. (a) 청색 ZnSeTe 코어 양자점, (b) p-ZMO 및 X mmol-CB-ZMO 나노입자의 흡수 스펙트럼. 148
그림 4.11. 청색 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점 기반 전계발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램. 148
그림 4.12. p-ZMO 및 CB-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 전계발광 청색 전계발광 소자의 전압에 따른 (a) 전류 밀도, (b) 휘도, (b) 외부 양자 효율 변화... 150
그림 4.13. 2 mmol-CB-ZMO 나노입자 전자 수송층 기반 전계발광 청색 전계발광 소자의 (a) 2,000, 4,000, 6,000 cd/m²의 소자 수명 반감기 및 (c)... 150
그림 4.14. Glass/양자점, glass/TFB/양자점 및 glass/TFB/PEI(low, medium, high)/양자점 샘플의 (a) PL 스펙트럼 및 (b) PL decay 비교. 152
그림 4.15. 2 mmol-CB-ZMO 나노입자 전자 수송층 및 PEI 기반 전계발광 청색 전계발광 소자의 전압에 따른 (a) 전류 밀도, (b) 휘도, (b) 외부 양자 효율 변화... 153
그림 5.1. (a) 청색 ZCGS, (b) 황색 CIS 양자점의 흡수 및 발광 스펙트럼 및 (c,d) TEM 이미지. 168
그림 5.2. ZCGS 및 CIS 양자점 혼합 비율에 따른 (a) normalized PL 스펙트럼 및 (b) UV 조사 발광 사진. (c) ZCGS 양자점의 발광 스펙트럼 및 CIS 양자점의... 169
그림 5.3. 양자점 기반 전계발광 소자의 (a) 모식도 및 (b) 단면 TEM 이미지. 170
그림 5.4. 청색 ZCGS 및 황색 CIS 양자점 전계발광 소자의 에너지 밴드 다이어그램. 170
그림 5.5. (a) 청색 ZCGS 및 (b) 황색 CIS 양자점의 PESA 스펙트럼. 171
그림 5.6. (a) 청색 ZCGS 양자점 기반 전계발광 소자의 (a) 구동 전압에 따른 EL 스펙트럼(inset: 5 V에서의 소자 발광 사진), (b) 휘도-전류 밀도 변화 및... 173
그림 5.7. (a) TFB 정공 수송층 기반 전계발광 소자의 EL 스펙트럼 및 (b) ITO / PEDOT:PSS / PVK 또는 TFB / 양자점 / PMA / Al로 구성된 hole-only... 174
그림 5.8. ZCGS 양자점 전계발광 소자의 (a) 구동 전압에 따른 normalized EL 스펙트럼 및 (b) ZCGS 양자점의 PL과 EL(@5 V) 스펙트럼 비교. 174
그림 5.9. 황색 CIS 양자점 전계발광 소자의 (a) 구동 전압에 따른 휘도-전류 밀도 변화 및 (b) 전류 밀도에 따른 전류 효율-외부 양자 효율 변화. 175
그림 5.10. CIS 양자점 전계발광 소자의 (a) 구동 전압에 따른 EL 스펙트럼, (b) normalized EL 스펙트럼 및 (c) CIS 양자점의 PL과 EL(@6 V) 스펙트럼 비교. 175
그림 5.11. (a) ZCGS 및 (b) CIS 양자점의 용액 및 필름에서의 PL decay 비교. 176
그림 5.12. (a) Blend A, (b) B 및 (c) C 기반 양자점 전계발광 소자의 구동 전압에 따른 EL 스펙트럼. 178
그림 5.13. (a) ZCGS와 blend C 양자점(468 nm) 필름과 (b) CIS와 blend C 양자점(605 nm) 필름과의 PL decay 비교. 178
그림 5.14. 소자 C의 구동 전압에 따른 (a) normalized EL 스펙트럼, (b) CIE 색 좌표 및 (c) 연색지수-색 온도 변화. 179
그림 5.15. 청색 및 녹색 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 및 황색 및 적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점의 (a) PL 스펙트럼 및 (b-e) TEM 이미지. 184
그림 5.16. 단일 청색 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점 전계발광 소자의 (a) 구동 전압에 따른 휘도-전류 밀도 변화, (b) 전류 밀도에 따른 외부 양자 효율 변화 및... 186
그림 5.17. Tandem 구조의 청색 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점 전계발광 소자의 (a) 모식도, (b) 구동 전압에 따른 휘도-전류 밀도 변화, (c) 전류 밀도에 따른... 186
그림 5.18. (a) ICL 에너지 레벨 다이어그램 및 (b) Al 두께에 따른 투과율. 187
그림 5.19. 단일 청색+녹색 ZnSeTe/ZnSe/ZnS 양자점 및 황색+적색 InP/ZnSe/ZnS 양자점 전계발광 소자의 (a,d) 구동 전압에 따른 휘도-전류 밀도... 188
그림 5.20. Tandem 구조의 백색 양자점 전계발광 소자의 (a) 모식도 및 (b) 단면 TEM 이미지. 188
그림 5.21. Tandem 백색 양자점 전계발광 소자의 구동 전압에 따른 (a) EL 스펙트럼, (b) 휘도-전류 밀도 변화 및 (c) 전류 밀도에 따른 전류 효율-외부... 190
그림 5.22. Tandem 백색 양자점 전계발광 소자의 구동 전압에 따른 (a) normalized EL 스펙트럼, (b) CIE 색 좌표 및 (c) 연색지수-색 온도 변화. 190