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마그네트론 스퍼터링법으로 저온 증착한 IZO 박막의 특성 및 유연성 소자 적용
Study on IZO films deposited by magnetron sputtering at low temperature and its application for flexible display 원문보기

한국표면공학회 2007년도 추계학술대회 논문집, 2007 Nov. 12, 2007년, pp.99 - 100  

박미랑 (부산대학교, 재료공학과) ,  강재욱 (한국기계연구원, 재료연구소, 기능박막그룹) ,  김도근 (한국기계연구원, 재료연구소, 기능박막그룹) ,  이건환 (한국기계연구원, 재료연구소, 기능박막그룹) ,  송풍근 (부산대학교, 재료공학과)

초록
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마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 $100^{\circ}C$미만의 저온에서 플라스틱 기판위에 IZO(Indium Zinc Oxide) 박막을 증착하였다. 저전압 방전을 위하여 RF 중첩형 DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하였으며, 인가 power에 따른 IZO 박막의 전기적, 광학적 특성과 굽힘에 대한 신뢰성을 평가하였다. 플라스틱 기판이 변형되지 않도록 $90\;^{\circ}C$ 이하의 범위에서 기판온도와 산소분압을 변화하여 $2{\times}10^{-4}$ ${\Omega}$ cm의 비저항, 95 % 이상의 가시광 투과도를 가지는 IZO 박막을 증착할 수 있었다. 또한 본 연구에서 비가열의 플라스틱기판 위에 증착한 IZO 투명전극을 이용하여 유연성 OLED를 제작하였으며, 제작된 소자의 특성은 13.7 %의 최대양자 효율과 32.7 lm/W의 전력효율을 보였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • DC current 1 A, RF power 200 W를 중첩 인가하여 IZO 투명전극(면저항 ~30 Ω/□)을 shadow 마스크를 이용하여 유연성 PC 기판 위에 가열 없이 증착하여 패터닝된 전극을 형성하였다. 비교 실험을 위하여 결정질 ITO 박막을 Glass 위에 패터닝 (면저항 ~10 Ω/□, Asahiglass Fine Techno co.
  • 초기진공도를 low 10-5 Torr 이하로 배기하고, 공정진공도는 약 5×10-3 Torr로 유지하였다. DC current를 1 A로 고정하고 0 W에서 300 W 범위의 RF power, 그리고 산소 유량비와 기판온도를 변화시켰다.
  • IZO 박막의 두께는 surface profiler (Tencor, P-11), 전기적 특성은 4-point probe(Loresta-GP, MCP-T600), 광학적 특성은 UV/VIS/NIR Spectrophotometer(Varian, Cary5000)를 이용하여 측정하였다. 표면거칠기 관찰은 AFM(NI, SPA400)을 이용하였으며, 신뢰성 평가를 위해 반복 굽힘에 의한 전기적 변화를 관찰하였다.
  • IZO/PC 기판과 ITO/glass 기판에 각각 제작된 OLED의 전류-전압-휘도 (J-V-L) 특성은 Keithley 2400 programmable source meter와 Newport 818-UV silicon photodiode을 이용하여 측정되었다.
  • 본 연구에서는 박막 증착 공정 중 플라즈마에 의해 제조되는 박막의 표면 및 기판 손상을 줄이기 위해 저전압 인가가 가능한 RF 중첩형 DC 마그네트론 스퍼터링을 적용하였다.[3] 인가되는 Power와 저온범위에서의 증착온도, 산소유량비를 조절하여 IZO 박막의 전기적, 광학적 특성, 굽힘에 대한 신뢰성을 조사하였다. 그리고, PC 기판 위에 패터닝된 비정질의 IZO 투명전극을 이용하여 유연성 OLED 소자를 제작하였다.
  • [3] 인가되는 Power와 저온범위에서의 증착온도, 산소유량비를 조절하여 IZO 박막의 전기적, 광학적 특성, 굽힘에 대한 신뢰성을 조사하였다. 그리고, PC 기판 위에 패터닝된 비정질의 IZO 투명전극을 이용하여 유연성 OLED 소자를 제작하였다.
  • , LTD)된 기판을 사용하였다. 기판 청소를 위해서 투명전극이 패터닝된 샘플을 아세톤과 IPA에서 세척한 후, 10분간 UV-ozone 처리를 하였다. 표면세척을 마친 샘플은 5×10-8 Torr 압력 하에서 유기물 증착 기를 이용하여 다음 순서에 따라 유기물 박막을 증착하였다.
  • 이후, BCP를 hole blocking층으로 10 nm 두께로 증착시켰으며, 전자수송층으로 Alq3를 40 nm 두께로 증착하였다. 마지막으로 shadow 마스크를 이용하여 1 nm 두께의 LiF와 100 nm 두께의 Al을 전자주입층과 cathod층으로 각각 증착하였다. 이때 상온에서 성장시킨 IZO 투명전극의 특성 비교를 위해 현재 OLED 양산에서 사용되는 ITO/glass 기판을 비교 샘플로 정하고 동일한 OLED를 제작하였다.
  • 본 연구에서는 박막 증착 공정 중 플라즈마에 의해 제조되는 박막의 표면 및 기판 손상을 줄이기 위해 저전압 인가가 가능한 RF 중첩형 DC 마그네트론 스퍼터링을 적용하였다.[3] 인가되는 Power와 저온범위에서의 증착온도, 산소유량비를 조절하여 IZO 박막의 전기적, 광학적 특성, 굽힘에 대한 신뢰성을 조사하였다.
  • 0×10-4 Ω·cm의 비저항, 96%의 가시광 투과도를 나타냈다. 본 연구의 IZO 공정조건을 적용하여, 비가열의 PC 기판위에 IZO 박막을 증착한 경우와 결정질의 ITO 박막을 적용한 경우의 OLED 특성을 비교분석하였다. 그 결과 IZO 박막을 이용한 OLED 소자가 최대 외부양자효율ηext=13.
  • 마지막으로 shadow 마스크를 이용하여 1 nm 두께의 LiF와 100 nm 두께의 Al을 전자주입층과 cathod층으로 각각 증착하였다. 이때 상온에서 성장시킨 IZO 투명전극의 특성 비교를 위해 현재 OLED 양산에서 사용되는 ITO/glass 기판을 비교 샘플로 정하고 동일한 OLED를 제작하였다.
  • IZO 박막의 두께는 surface profiler (Tencor, P-11), 전기적 특성은 4-point probe(Loresta-GP, MCP-T600), 광학적 특성은 UV/VIS/NIR Spectrophotometer(Varian, Cary5000)를 이용하여 측정하였다. 표면거칠기 관찰은 AFM(NI, SPA400)을 이용하였으며, 신뢰성 평가를 위해 반복 굽힘에 의한 전기적 변화를 관찰하였다.

대상 데이터

  • 먼저 40 nm 두께의 NPB와 6 wt.%의 Ir(ppy)3가 도핑된 30 nm 두께의 CBP를 정공수송층과 발광층으로 각각 증착하였다. 이후, BCP를 hole blocking층으로 10 nm 두께로 증착시켰으며, 전자수송층으로 Alq3를 40 nm 두께로 증착하였다.
  • RF 중첩형 DC 마그네트로 스퍼터링을 이용한 저온공정을 통해 비정질 IZO 박막을 증착하였다. IZO 박막의 전기적, 광학적 특성은 기판을 가열하지 않은 경우 약 3.
  • -10wt% ZnO 타겟(400×90㎟)을 이용하여 RF 부가형 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 150 nm 두께의 IZO 박막을 T-S 거리 80 mm에서 증착하였다. Si-wafer (100), PET, PC, slide glass를 기판으로 사용하였으며, 아세톤-이온교환수-알콜-이온교환수를 바꾸어가며 초음파 세척하였다. 초기진공도를 low 10-5 Torr 이하로 배기하고, 공정진공도는 약 5×10-3 Torr로 유지하였다.
  • 본 연구에서는 In2O3-10wt% ZnO 타겟(400×90㎟)을 이용하여 RF 부가형 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 150 nm 두께의 IZO 박막을 T-S 거리 80 mm에서 증착하였다. Si-wafer (100), PET, PC, slide glass를 기판으로 사용하였으며, 아세톤-이온교환수-알콜-이온교환수를 바꾸어가며 초음파 세척하였다.
  • DC current 1 A, RF power 200 W를 중첩 인가하여 IZO 투명전극(면저항 ~30 Ω/□)을 shadow 마스크를 이용하여 유연성 PC 기판 위에 가열 없이 증착하여 패터닝된 전극을 형성하였다. 비교 실험을 위하여 결정질 ITO 박막을 Glass 위에 패터닝 (면저항 ~10 Ω/□, Asahiglass Fine Techno co., LTD)된 기판을 사용하였다. 기판 청소를 위해서 투명전극이 패터닝된 샘플을 아세톤과 IPA에서 세척한 후, 10분간 UV-ozone 처리를 하였다.
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