The structure of quantum dots (QDs) is the key to the performance of QD light emitting devices. Here, I synthesized core/shell heterostructure $CdSe/Zn_{1-X}Cd_{X}S$ QDs with varying shell thicknesses and inte-grated the QDs in electroluminescent device. According to spectroscopic analysis, non-radiative decay path-ways in QDs (e.g., energy transfer, charging and non-radiative Auger recombination) are attenuated as the shell thickness increase. As a result, the device efficiency and the efficiency roll-off characteristics on high current densities regions are enhanced. An electroluminescent device made of $CdSe/Zn_{1-X}Cd_{X}S$ with the thickest shell (core radius: 2 nm, total size: 8.3 nm) presents higher device efficiency (peak E.Q.E ~ 7.4 %) and brightness (Max. luminescence> 100,000 $cd/m^{2}$) than thin shell one (core radius: 2 nm, total size: 4.5 nm).
본 연구에서는 양자점 나노입자의 쉘 두께가 양자점 발광소자에 미치는 영향을 이해하고자 하였다. 그를 위해 가장 먼저 Type-I 형태의 $CdSe/Zn_{1-X}Cd_{X}S$ 구조를 채택하고 동일한 코어 반경(r = 2nm)을 가지면서 다른 쉘두께(H = 4.5 - 6.3 nm)를 갖는 양자점들을 Layer-by-Layer성장법으로 합성하였다. 합성된 양자점들은 모두 유사한 광학적 특성(e.g. UV-vis 흡수, 발광 스펙트럼, 양자효율, 엑시톤 수명시간 등)을 보이는 것을 확인하였고, 이를 소자에 적용해보았다. 그 결과, 쉘두께가 증가함에 따라 소자의 성능이 개선되는 경향을 확인할 수 있었다. 이러한 경향은 분광학적 분석을 통해 양자점의 쉘두께가 증가함에 따라 비발광 감쇠(Non-radiative decay, e.g. 에너지 전달, 양자점 차징(Charging), Auger recombination)를 통한 발광 감쇠가 약화되어 발생한다는 것을 입증하였다. 이에 따라, 소자 효율, 소자 밝기 및 고전압 하에서 효율 저하(Efficiency roll-off) 특성이 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 가장 두꺼운 쉘(전체 크기: 8.3 nm)를 갖는 양자점이 가장 얇은 쉘을 갖는 양자점(전체 크기: 4.5 nm)에 비해 더 높은 효율(최대 외부양자효율: 7.4 %)과 더 높은 밝기(최대 밝기: 105,860 $cd/m^{2}$)를 갖는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통해 이종구조의 양자점 구조가 광학적 특성 및 소자 성능에 미치는 영향을 확인함으로써 높은 성능을 요구하는 발광소자에 쓰일 수 있는 양자점 구조에 대한 통찰을 제시하였다.
