[논문]대향 타겟식 스퍼터링으로 증착한 ITO 박막이 적용된 유기발광다이오드의 특성

김상모; 이상민; 금민종; 이원재; 김경환

대향 타겟식 스퍼터링으로 증착한 ITO 박막이 적용된 유기발광다이오드의 특성
Characteristics of OLED Cells Fabricated with ITO Films Deposited by using Facing Target Sputtering (FTS) System 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.17 no.2, 2018년, pp.71 - 75

김상모 (가천대 전기공학과) , 이상민 (가천대 전자공학과) , 금민종 (주성 엔지니어링) , 이원재 (가천대 전자공학과) , 김경환 (가천대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we prepared OLED cell with ITO (Indium Tin Oxide) films grown on the glass substrate by facing targets sputtering. Before fabrication of OLED cells, we investigated properties of ITO films deposited at various sputtering conditions. To investigate properties of as-prepared films, we employed four-point probe, UV-VIS spectrometer, X-ray diffractometer (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), hall-effect measurement. As a results, as-prepared ITO films have high transmittance of over 85 % in the visible range (300-800 nm) and a resistivity of under $10^{-4}$ (${\Omega}-cm$). Their resistivity increased as a function of oxygen gas flow and substrate temperature. OLED cell with ITO films were fabricated by thermal evpoeartor. Properties of OLEDs cell referring to properties of ITO films.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 FTS 스퍼터링 장치를 이용하여 다양한 공정조건에서 ITO 박막을 제작하였다. 그리고 열 증착 장비를 이용하여 제작된 ITO 박막이 적용된 OLED 소자를 제작하여 특성 변화를 확인하였다.

제안 방법

ITO 박막 제작에 앞서 Soda-lime 유리 기판 세척을 Standard Cleaning Step (SC-1)을 이용하여 진행하였다. 기판을 과산화수소수(H₂O₂)와 암모니아수(NH₄OH) 그리고 증류수 (H₂O)를 1:1:5 비로 혼합한 용액에 넣고 15분간 초음파 세척하였다.
본 연구에서는 두 개의 캐소드가 서로 마주 보고 있고, 박막이 증착되는 기판은 두 타겟의 중앙에 위치한 구조를 가지는 대향 타겟식 스퍼터링 장치(Facing Targets Sputtering, FTS) 장치를 이용하여 ITO 박막을 증착하고 특성을 분석하였다. 그리고 FTS로 제작한 ITO 박막을 이용하여 OLED Cell를 제작하여 다양한 특성을 가지는 ITO 박막이 OLED에 미치는 영향을 확인하였다.
기판을 과산화수소수(H₂O₂)와 암모니아수(NH₄OH) 그리고 증류수 (H₂O)를 1:1:5 비로 혼합한 용액에 넣고 15분간 초음파 세척하였다. 그리고 아세톤, 에탄올 그리고 D.I. Water 용액에 각각 넣고 15분간 초음파 세척하여 기판 표면에 남아 있는 불순물질을 제거하였다. 세척 후 질소 가스를 이용 하여 물기를 제거하고 Dry oven에서 건조하였다.
본 연구에서는 FTS 스퍼터링 장치를 이용하여 다양한 공정조건에서 ITO 박막을 제작하였다. 그리고 열 증착 장비를 이용하여 제작된 ITO 박막이 적용된 OLED 소자를 제작하여 특성 변화를 확인하였다. ITO 박막 증착시 기판 온도 및 산소 가스 유량에 따라서 전기적 특성이 개선되었다.
본 연구에서는 두 개의 캐소드가 서로 마주 보고 있고, 박막이 증착되는 기판은 두 타겟의 중앙에 위치한 구조를 가지는 대향 타겟식 스퍼터링 장치(Facing Targets Sputtering, FTS) 장치를 이용하여 ITO 박막을 증착하고 특성을 분석하였다. 그리고 FTS로 제작한 ITO 박막을 이용하여 OLED Cell를 제작하여 다양한 특성을 가지는 ITO 박막이 OLED에 미치는 영향을 확인하였다.
제작된 박막의 특성은 Four-point probe (CMT-SR1000N), UV-Vis spectrometer (HP8453), X-ray Diffraction (Rigaku D/MAX-2200, λ = 1.54056 Å, 40 kV, 20 mA)을 통해서 분석하였다.

대상 데이터

TPD, Alq3, Al 음전극은 유기물 손상이 적은 열 증착 (Thermal evaporator) 방법을 이용하였다. ITO 박막은 FTS를 이용하여 제작하였다. Fig.
OLED소자를 제작하기 위해서 양공 수송층으로 N,N'-diphenyl-N,N'-di(m-tolyl)-benzidine (TPD), 발광층으로 tris(8-quinolinolato) aluminium (Alq3), 음전극으로 알루미늄 금속 전극을 사용하였다.
제작된 OLED 소자의 특성은 Keithley617 & Keithley236를 이용하여 측정하였다.

이론/모형

TPD, Alq3, Al 음전극은 유기물 손상이 적은 열 증착 (Thermal evaporator) 방법을 이용하였다.

성능/효과

25간격으로 10V까지 측정하였다. 10V 전압에서 실온에서 제작한 ITO 박막이 적용된 소자는 산소 가스 투입량이 증가함에 따라서 전류 밀도가 최대 2.5 A/cm²까지 증가하였지만, 기판 온도가 증가함에 따라서 최대 60배까지 증가한 15A/cm²까지 증가함을 확인하였다. 따라서 ITO 박막의 특성 변화에 따라서 소자의 특성이 변화됨을 확인하였다.
4는 산소 가스 유량비 및 기판 온도에 따른 550nm에서 광 투과율을 나타내었다. 기판 온도에 따른 광 투과율 은 영향은 거의 없었지만, 산소 가스 투입량이 증가함에 따라서 ITO 박막의 광 투과율은 증가하였다. 이것은 산소 가스 투입량이 증가하게 되면 ITO 박막의 결정이 우수해지고, 입자의 크기가 증가하여 표면에서 광흡수 및 산란 이 감소하기 때문이다.
5 A/cm²까지 증가하였지만, 기판 온도가 증가함에 따라서 최대 60배까지 증가한 15A/cm²까지 증가함을 확인하였다. 따라서 ITO 박막의 특성 변화에 따라서 소자의 특성이 변화됨을 확인하였다. 이것은 OLED의 유기물층이 ITO 박막 표면에 증착되어 있기 때문에 ITO 박막에서 유기물층으로 홀 수송 효율에 직접적인 영향을 가지게 된다.
ITO 박막 증착시 기판 온도 및 산소 가스 유량에 따라서 전기적 특성이 개선되었다. 또한 OLED 소자에 다양한 조건에서 증착된 ITO 박막을 적용하여 특성을 비교한 결과, 기판온도 150도, 산소 가스 유량비 5%에서 제작한 ITO 박막이 적용된 소자의 특성이 가장 우수하였다.
투입된 산소 가스량이 증감함에 따라서 ITO 박막의 ITO 박막은 전기적 특성이 개선됨을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	OLED 소자의 장점은?	특히 OLED 소자는 유기발광물질을 이용하기 때문에 가볍고 휨이 가능하여 웨어러블 전자소자에 응용이 가능하다[2-3].
	Magnertorn sputtering 법의 단점은?	또한 인가전력, 작업압력, 증착온도, 산소분압 등과 같은 박막증착 조건을 조절하여 금속부터 산화물질까지 다양한 박막을 증착할 수 있다. 하지 만 일반적인 마그네트론 스퍼터링의 장점에도 불구하고, 기판의 위치가 방전시 발생되는 플라즈마 내부의 고에너지 이온에너지에 노출되기 때문에 충돌로 인한 박막의 손상될 수 있다[6-7].
	투명 전도성 물질로 사용하기 위해 필요한 특성은?	한편, 디스플레이의 성능 향상을 위해서 전극으로 사용되는 투명 전도성 산화물 (Transparent Conducting Oxides, TCOs)의 중요성을 더욱더 커지고 있다. 투명 전도성 물질로 사용하기 위해서 낮은 저항값과 가시광 영역 (300~800nm)에서 광투과도가 85% 이상 높고, 특히 0.8~1.4 um 의 짧은 파장대인 근적외선 영역에서는 광 반사도가 높을 뿐만 아니라 화학적 안정한 특성을가지고있어야한다. 현재까지 ZnO (Zinc Oxide), Metal doepd ZnO (Metal = Al, Ga), InSbO4, ITO (Indium Tin Oxide)등과 같은 물질이 이용되고 있다.

참고문헌 (15)

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