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문제 정의
- 14,15) 또한, 특정한 유기박막의 경우 열처리 및 전자기장 처리되면서 박막의 토폴로지 특성이 향상되고 전자기장 속에서 분자의 재배열을 일으켜 전기적 특성 또한 향상되는 결과가 보고되었다.5 본 연구에서 C60이 도핑된 2-TNATA 박막을 제조하여 토폴로지 변화를 관찰하고, 제조된 2-TNATA : C60 하이브리드 중을 디증 소자에 적용하였을 때 전기적 특성 및 소자의 성능 향상에 대해 고찰하고자 한다.
제안 방법
- 2-TNATA 박막은 ULVAC VPC260 진공 증착기를 사용하여 증착되었으며, 증착기의 구성은 기본 플레이트 위에 Pyrex 재질의 종형유리 (glass beUjar)를 덮어 진공 펌프 작동과 동시에 대기압에 의해 밀폐되어지는 구조로 되어있다. 진공펌프는 1.3 Pa의 압력 끼지 로터리 펌프(direct-drive oil sealed rotary vacuum pump, G-100DX 사용하여 감압, 피라니 게이지 (Pirani vacuum gauge, GPT000)로 확인하였으며 이후 확신펌프(oil diffusion pump, F- 250)로 3.4 X10-3 Pa 이하까지 감압, 이온화 게이지 (ionization vacuum gauge, GPTL3) 로 증착기 안의 압력을 확인하였다.
- plate) 안의 Au로 인해 증착을 제어하였다. 그리고 일반적인열증착 장비에서 나타나는 히팅 보트의 국부적 가열로 인하여 발생하는 유기물의 불안정한 증착 속도 (deposition rate) 의 문제점을 보안하기 위해 히팅 보트에 인가된 전원에 의해 전체의 증착 속도를 일정하게 유지될 때까지 CRTM-6000으로 모니터링하고- 박막 속도가 일정해 진 다음 셔텨를 열어 증착을 시작하였다. C6。을 2- TNATA 층게 도입하기 위해서 두 개의 히팅 보트를 준비하여 공증 착을 수행하였다.
- 그리고 일반적인열증착 장비에서 나타나는 히팅 보트의 국부적 가열로 인하여 발생하는 유기물의 불안정한 증착 속도 (deposition rate) 의 문제점을 보안하기 위해 히팅 보트에 인가된 전원에 의해 전체의 증착 속도를 일정하게 유지될 때까지 CRTM-6000으로 모니터링하고- 박막 속도가 일정해 진 다음 셔텨를 열어 증착을 시작하였다. C6。을 2- TNATA 층게 도입하기 위해서 두 개의 히팅 보트를 준비하여 공증 착을 수행하였다. 본 실험에서는 2-TNATA 박막을 30 nm 정도로 증착하여 그 특성을 조사하였다.
- C6。을 2- TNATA 층게 도입하기 위해서 두 개의 히팅 보트를 준비하여 공증 착을 수행하였다. 본 실험에서는 2-TNATA 박막을 30 nm 정도로 증착하여 그 특성을 조사하였다.6 2-TNATA 박막은 3.
- 토폴로지 및 분자 배향성 분석. 증착된 박막의 두께를 확인하고 제조된 박막의 토폴로지 변화를 고찰하기 위하여 원자탐침현미경 (AFM : atomic force microscopy) 을 사용하였다 증착된 박막의 분자배열을 분석하기 위해 X선 회절 분석기(XRD: X-Ray diffraction, X'pert PRO MRD)를 사용하였다.
- 토폴로지 및 분자 배향성 분석. 증착된 박막의 두께를 확인하고 제조된 박막의 토폴로지 변화를 고찰하기 위하여 원자탐침현미경 (AFM : atomic force microscopy) 을 사용하였다 증착된 박막의 분자배열을 분석하기 위해 X선 회절 분석기(XRD: X-Ray diffraction, X'pert PRO MRD)를 사용하였다. XRD의 경우 주사범위는 20=5-80°, Ka(1.
- 다층 소자의 전압-휘도 특성 측정. 진공 증착법으로 제조된 2- TNATA : C60 층을 이용하여 IT0/2-TNATA : C60 /NPD/Alq3/ Lif/AL의 다층 소자를 제조하였으며, 정공 주입층으로 2-TNATA : C60 빅막(30 nm), 정공 수송층으로NPD (70 nm), 발광층인 Alq3 (70 run), LiF(l nm), Al(100 nm), 층으로 구성되었다.
- 진공 증착법으로 제조된 2- TNATA : C60 층을 이용하여 IT0/2-TNATA : C60 /NPD/Alq3/ Lif/AL의 다층 소자를 제조하였으며, 정공 주입층으로 2-TNATA : C60 빅막(30 nm), 정공 수송층으로NPD (70 nm), 발광층인 Alq3 (70 run), LiF(l nm), Al(100 nm), 층으로 구성되었다. 다층소자의 전기적 특성은 멀티소스미터(Keithley 2400)를 사용하여 OPC-2100으로 측정하였다 또한 다층 소자의 전압-휘도 특성을 발광 측정기 (optical spectrum analyzer: Optel 2100) 로 측정하였다. Figure 2는 전압-휘도 특성 측정을 위해 제작한 다층 소자의 모식도이다.
- C60이 유기 재료에 도핑되는 경우 유기 재료의결합과의 상호 작용으로 물리적인 가교 현상을 초래하여 박막의 안정성이 향상되는 효과가 있으며, 이러한 물리적인 가교 현상에 의해 분자간의 끌어 당기는 힘이 증가되어 박막의 조밀 도와 균일성이 향상될 것으로 판단된다.14,15 박막의 균일성 관찰을 위하여 C60이 도핑된 2-TNATA 박막을 제조하였으며, C60의도핑 함량은 20 wt%로 정하였다. 최근, C60이 20 wt% 도핑되었을 경우 정공 이동도가 가장 우수한 것2로 관찰되었으며 B 이것은 유기 분자간의 거리를 단축시키는 결과를 가져 왔다.
- 진공 층칙에 의해 제조된 C60, 2-TNATA, 2-TNATA : C60 하이브리드 박막의 XRD 결과를 Figures 4와 5에 각각 보였다. 수십 nm의 박막을 XRD로 분석하면 피크 감지가 어려울 수 있으므로 본 연구에서는 약 1 ㎛의 박믹으로 XRD 분석을 수행하였다. C60 박막의 XRD 결과에서 전체적으로 4개의 주요피크가 관찰되며, 그 때의 피크 위치는 20=20.
- 다층형 소자의 전기적 및 휘도 특성. 2-TNATA : C60 하이브리드 박막의 전류-전압 특성 변화를 관찰하기 위해 다층형 유기 전기발광소자인 ITO/2-TNATA:C60/NPD/Alq3/LiF/Al 소지를 제조하여 2-TNATA 단독으로 사용하였을 때와 비교하였다. 전기적 특성언 j-eV(current density-voltage: 전류밀도전압) 측정 결과를 Figure 6에 나타내었다.
대상 데이터
- 기판과 양극. 증착용 기핀-으로는 소다라임 유리기핀에 indium-tin oxide (ITO) 가 코팅 된 것을 사용하였다. 본 연구에 사용된 ITO는 삼성 코딩에서 제작된 ITO 코팅유리로 면 저항은 15 Q/sq 이하이며, 미리 패터닝되어 있는 것을 사용하였다 ITO의 표면 일 함수는 4.
- 증착용 기핀-으로는 소다라임 유리기핀에 indium-tin oxide (ITO) 가 코팅 된 것을 사용하였다. 본 연구에 사용된 ITO는 삼성 코딩에서 제작된 ITO 코팅유리로 면 저항은 15 Q/sq 이하이며, 미리 패터닝되어 있는 것을 사용하였다 ITO의 표면 일 함수는 4.67 eV이고 전기저항이 매우 낮고(2~10+4 이하), 밴드 갭은 3.3- 4.3 eV이다. 또한 400-700 nm의 가시광선영역에서의 높은 광 투과성(80~90% 이상)으로 유기발광 다이오드의 양극 전극으로 널리 사용된다
- 유기재료 및 음극. IT0 위에 정공 주입층으로 사용되는 재료로 2- TNATA(4, 4, , 4, '-tris (N- (2—naphthyl) TV-phenyl—arnino)- triphenylamine: Syntec GmbH Wolfen) 를 사용하였다. 2-TNATA 의 유리전이온도(glass transition temperature : 는 112.
- 64을 가진다. 소자 제작에서 음극 재료로 일 함수가 낮은 편에 속하는 알루미늄(3.74 eV)을 사용하였다. 알루미늄의 녹는점은 660 ℃, 승회온도는 2323 ℃로 고온에서 증착이 일어난다.
- 증착된 박막의 두께를 확인하고 제조된 박막의 토폴로지 변화를 고찰하기 위하여 원자탐침현미경 (AFM : atomic force microscopy) 을 사용하였다 증착된 박막의 분자배열을 분석하기 위해 X선 회절 분석기(XRD: X-Ray diffraction, X'pert PRO MRD)를 사용하였다. XRD의 경우 주사범위는 20=5-80°, Ka(1.540598 nm) 선으로 측정되었으며, 음극은 Cu를 사용하였다.
- 다층 소자의 전압-휘도 특성 측정. 진공 증착법으로 제조된 2- TNATA : C60 층을 이용하여 IT0/2-TNATA : C60 /NPD/Alq3/ Lif/AL의 다층 소자를 제조하였으며, 정공 주입층으로 2-TNATA : C60 빅막(30 nm), 정공 수송층으로NPD (70 nm), 발광층인 Alq3 (70 run), LiF(l nm), Al(100 nm), 층으로 구성되었다. 다층소자의 전기적 특성은 멀티소스미터(Keithley 2400)를 사용하여 OPC-2100으로 측정하였다 또한 다층 소자의 전압-휘도 특성을 발광 측정기 (optical spectrum analyzer: Optel 2100) 로 측정하였다.
성능/효과
- 2-TNATA 단독 및 2-TNATA : C60 하이브리드 층의 AFM 3차원 이미지를 Figure 3에 보였다. 두 박막의 토폴로지 특성을 비교하면, 2-TNATA 단독 층의 표면 거치기가 큰 것으로 나타났으며 조직단위의 크기도 큰 것으로 관찰되었다. 이에 반하여 2—TNATA:C6。 하이브리드 층의 표면은 매우 균일한 것으로 관찰되어 C60 분자가 2-TNATA 분자를 조밀하면서도 균일하게 분산시키는 역할을 하는 것으로 보여진다.
- 이에 반하여 2—TNATA:C6。 하이브리드 층의 표면은 매우 균일한 것으로 관찰되어 C60 분자가 2-TNATA 분자를 조밀하면서도 균일하게 분산시키는 역할을 하는 것으로 보여진다. AFM 결과로부터 두 박막의 rms 값은 2- TNATA 박막은 17.86 nmS, 2-TNATA : C60 하이브리드 박막은 4.62 nm로 측정되었다.
- C60 도핑이 소자 내의 전류 밀도를 향상시키고 결과적으로 소자의 휘도--전압 특성을 동일한 경향으로 향상시킨다. 2- TNATA 분자 간의 조밀성은 it-결합 중첩 (Mond overlap) 효과를 가져오고 이로 인하여 전류 밀도가 증가하게 되어 우수한 휘도 특성을 얻을 수 있음을 보여준다.KF 따라서, 전류 밀도 및 휘도 향상이 궁극적으로 소자의 효율에도 영향을 주어 2-TNATA 단독으로 제조된 다층 소자보다 C60을 도핑한 2-TNATA로 제조된 소자의 효율이 증가됨을 확인할 수 있다.
- 2- TNATA 분자 간의 조밀성은 it-결합 중첩 (Mond overlap) 효과를 가져오고 이로 인하여 전류 밀도가 증가하게 되어 우수한 휘도 특성을 얻을 수 있음을 보여준다.KF 따라서, 전류 밀도 및 휘도 향상이 궁극적으로 소자의 효율에도 영향을 주어 2-TNATA 단독으로 제조된 다층 소자보다 C60을 도핑한 2-TNATA로 제조된 소자의 효율이 증가됨을 확인할 수 있다.
- C60이 도핑된 2-TNATA 박막을 제조하여 AFM을 이용한 토폴로지 관찰 결과 C60의 도핑에 의해서 2-TNATA 박막이 더욱 조밀해지고 균일해지는 것을 확인하였으며, 이로 인하여 박막 내의 전류 밀도가 증가됨을 확인하였다. 2-TNATAC60 하이브리드 박막을 이용하여 ITO/2-TNATA:C60/NPD/AM3iF/Al 다층형 소자를 제조하였을 때 소자의 휘도 향상을 확인하였으며, 소자 효율도 약 4.
- 밀도가 증가됨을 확인하였다. 2-TNATAC60 하이브리드 박막을 이용하여 ITO/2-TNATA:C60/NPD/AM3iF/Al 다층형 소자를 제조하였을 때 소자의 휘도 향상을 확인하였으며, 소자 효율도 약 4.7 cd/A에서 약 6.7 cd/A로 증가함을 확인하였다. 따라서, C60의도핑에 의해서 2-TNATA 박막의 토폴로지 및 모폴로지 개선 측면뿐만 아니라 다층 소자로 제작하였을 경우에도 소자의 효율 향상 측면을 기대할 수 있으며, 2-TNATA : C60 하이브리드 박막이 본 연구에서 제작되어진 다층 소자에서 중요한 성능 향상을 제공하고 있다.
- 7 cd/A로 증가함을 확인하였다. 따라서, C60의도핑에 의해서 2-TNATA 박막의 토폴로지 및 모폴로지 개선 측면뿐만 아니라 다층 소자로 제작하였을 경우에도 소자의 효율 향상 측면을 기대할 수 있으며, 2-TNATA : C60 하이브리드 박막이 본 연구에서 제작되어진 다층 소자에서 중요한 성능 향상을 제공하고 있다. 감사의 글 : 본 연구는 한국과학재단(R-01-2005-000-10005- 0) 과 Brain Korea 21 프로젝트의 지원에 의해 수행되었습니다.
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