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문제 정의
- 본 연구에서는 PES 기판위에 증착된 TCO 박막의 전기 비저항과 구조적 특성에 따른 OLED소자의 특성 변화를 평가하였다. 이에 따라R.
제안 방법
- IZO박막의 구조적인 특성을 규명하기 위해서 X-ray diffraction (RIGAKU, RTP300RC)과 FESEM (JEOL, JSM7500F) 분석을 시행하였다. 광학적 투과도와 박막 두께는 Ultraviolet - spectrophotometer (Varian, cary-500)와 Surface profile measurement system (TENCOR, P-2)으로 각각 측정하였으며 면저항과 비저항, 캐리어 농도, 홀 이동도 등의 전기적 특성은 Four-point probe (GUARDIAN SCIENTIFIC, 420S)와 Hall effect measurement (HMS-3000)로 측정하였다.
- IZO박막의 구조적인 특성을 규명하기 위해서 X-ray diffraction (RIGAKU, RTP300RC)과 FESEM (JEOL, JSM7500F) 분석을 시행하였다. 광학적 투과도와 박막 두께는 Ultraviolet - spectrophotometer (Varian, cary-500)와 Surface profile measurement system (TENCOR, P-2)으로 각각 측정하였으며 면저항과 비저항, 캐리어 농도, 홀 이동도 등의 전기적 특성은 Four-point probe (GUARDIAN SCIENTIFIC, 420S)와 Hall effect measurement (HMS-3000)로 측정하였다. 그 후 본 연구에서 제작된 IZO박막의 특성이 OLED소자의 성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 evaporation system(DOV, HS1100)을 이용하여 IZO기판 위에 α-NPD/DPVB/Alq3/LiF/Al을 차례로 증착하여 OLED소자를 제작하고 Spectrometer (minolta CS-1000A)를 통해 OLED소자의 전압-전류밀도-휘도 특성을 평가하였다.
- 그 후 본 연구에서 제작된 IZO박막의 특성이 OLED소자의 성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 evaporation system(DOV, HS1100)을 이용하여 IZO기판 위에 α-NPD/DPVB/Alq3/LiF/Al을 차례로 증착하여 OLED소자를 제작하고 Spectrometer (minolta CS-1000A)를 통해 OLED소자의 전압-전류밀도-휘도 특성을 평가하였다.
- 5 sccm으로 변화시켰다. 박막의 두께는 여러 특성의 정확한 비교 분석을 위해 300 nm로 고정했으며 최적의 투명 전도성 박막의 공정 조건을 찾기 위해 공정 변수 이외에 증착 막에 영향을 줄 수 있는 그 밖의 공정 조건 Target - substrate distance, RF power, initial pressure, working pressure 등은 아래 Table 1에 나타내었다.
- 코팅용 유연기판으로는 PES(i-component)를 사용하였으며 박막 증착 전에 기판을 메탄올로 10분 동안 초음파로 세척하고 증류수로 세척한 후 질소가스로 건조시켰다. 박막제조 시 타겟 표면의 불순물 제거와 스퍼터 방전의 안정화를 위해 10분간 pre-sputtering을 실시하였다. 챔버 내의 반응성 가스에 따른 박막의 특성을 알아보기 위하여 Ar 가스의 유량은 40 sccm으로 고정하였고 수소의 유량비는 0.
- 본 실험에서 일정한 두께의 조건에서 각 공정 조건에 따른 박막의 특성변화를 알아보기 위하여 모든 증착막의 두께를 300 nm로 고정하고 실험을 진행하였다. 이를 위해 증착시간과 진공도, 타겟과 기판사이의 거리 등 박막의 두께의 영향을 미치는 공정변수들은 선행실험을 통해 정해진 최적의 조건으로 고정한 뒤 모든 실험을 진행하였다.
- 본 실험에서 일정한 두께의 조건에서 각 공정 조건에 따른 박막의 특성변화를 알아보기 위하여 모든 증착막의 두께를 300 nm로 고정하고 실험을 진행하였다. 이를 위해 증착시간과 진공도, 타겟과 기판사이의 거리 등 박막의 두께의 영향을 미치는 공정변수들은 선행실험을 통해 정해진 최적의 조건으로 고정한 뒤 모든 실험을 진행하였다. 이와 같은 IZO박막의 수소 도입량에 따른 저항 특성을 좀 더 구체적으로 확인하기 위해 Hall effect measurement (HMS-3000) 장비를 이용하여 전기 비저항(ρ), 캐리어 농도(n), 홀 이동도(μ)의 변화를 알아보았다.
- 본 연구에서는 PES 기판위에 증착된 TCO 박막의 전기 비저항과 구조적 특성에 따른 OLED소자의 특성 변화를 평가하였다. 이에 따라R.F Magnetron Sputtering을 이용하여 IZO 박막을 성막 하였으며, 증착과정에서 주입되는 수소의 유량 변화가 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성에 어떠한 영향 미치는 것인가를 자세히 규명하였다.
- 이와 같은 IZO박막의 수소 도입량에 따른 저항 특성을 좀 더 구체적으로 확인하기 위해 Hall effect measurement (HMS-3000) 장비를 이용하여 전기 비저항(ρ), 캐리어 농도(n), 홀 이동도(μ)의 변화를 알아보았다.
- 박막제조 시 타겟 표면의 불순물 제거와 스퍼터 방전의 안정화를 위해 10분간 pre-sputtering을 실시하였다. 챔버 내의 반응성 가스에 따른 박막의 특성을 알아보기 위하여 Ar 가스의 유량은 40 sccm으로 고정하였고 수소의 유량비는 0.1~0.5 sccm으로 변화시켰다. 박막의 두께는 여러 특성의 정확한 비교 분석을 위해 300 nm로 고정했으며 최적의 투명 전도성 박막의 공정 조건을 찾기 위해 공정 변수 이외에 증착 막에 영향을 줄 수 있는 그 밖의 공정 조건 Target - substrate distance, RF power, initial pressure, working pressure 등은 아래 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
- IZO 박막은 지름이 3 inch인 In2O3/ZnO (90/10wt.%) 타겟을 사용하여 RF마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 코팅용 유연기판으로는 PES(i-component)를 사용하였으며 박막 증착 전에 기판을 메탄올로 10분 동안 초음파로 세척하고 증류수로 세척한 후 질소가스로 건조시켰다.
- %) 타겟을 사용하여 RF마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 코팅용 유연기판으로는 PES(i-component)를 사용하였으며 박막 증착 전에 기판을 메탄올로 10분 동안 초음파로 세척하고 증류수로 세척한 후 질소가스로 건조시켰다. 박막제조 시 타겟 표면의 불순물 제거와 스퍼터 방전의 안정화를 위해 10분간 pre-sputtering을 실시하였다.
성능/효과
- (1) H2 가스의 미량 도입 시 crack, pin-hole, void, channel등과 같은 결함이 존재하지 않는 평탄한 표면특성을 보인다.
- (2) 수소의 도입량이 증가함에 따라 산소 공공의 증가로 인해 캐리어 농도가 증가했으며 그에 따른 비저항이 감소하였다.
- (3) 본 연구에서 증착된 모든 IZO 박막은 가시광 영역에서 85% 이상의 광 투과율을 보였으며 이는 챔버 내의 증착 분위기에 관계없이 OLED 소자의 기판으로써 적용이 가능하다.
- (4) OLED 소자 제조 시 0.5sccm의 수소분위기에서 증착 된IZO 기판의 소자 특성이 가장 우수 했으며, IZO기판의 저항이 감소함에 따라 더 좋은 소자 특성을 나타냈다.
- 5는 챔버 분위기에 따라 달리 증착된 IZO 기판 위에 유기물을 증착 시킨 OLED소자의 (a) 전압-전류 밀도 특성과 (b) 전압-휘도 특성을 보여준다. Fig. 5를 통해 알 수 있듯이 0.5 sccm의 수소를 도입시켜 증착한 IZO 기판이 적용된 OLED소자가 turn-on-voltage 이 가장 낮고 전류밀도와 휘도가 높아 가장 좋은 소자 특성을 나타냈으며, IZO 박막을 사용하여 제작한 OLED소자의 효율은 전기 비저항의 증가에 따라 전류밀도와 휘도는 감소하고 turn-on-voltage 값은 증가하였음을 확인할 수 있었다. 따라서 고품위 OLED소자를 구현하기 위해서는 낮은 저항을 가지는 투명전극의 개발이 매우 중요하다.
- 4는 챔버 내의 수소 유량에 따른 IZO 박막의 광학적 특성을 나타낸 그래프이다. 본 연구에서 얻은 모든 IZO 박막은 가시광 영역에서 평균 85% 이상의 광 투과율을 보였으며 이는 챔버내의 분위기에 관계없이 OLED 기판으로서의 적용이 가능하다는 것을 보여준다.
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