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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10007022&local_id=10018392
대향타겟식 스퍼터링법을 이용한 OLED용 Cathode 전극 제작
Reports NRF is supported by Research Projects( 대향타겟식 스퍼터링법을 이용한 OLED용 Cathode 전극 제작 | 2004 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 금민종(가천대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00025
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 10월 23일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 스퍼터링법을 이용한 유기 발광 소자의 음전극 제작 시 발생되는 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌로 인한 유기물의 손상을 억제하기 위해 대향타겟식 스퍼터링법을 적용하였다.
    일반적인 스퍼터링법은 기판과 타겟이 서로 마주보고 있는 상태에서 박막을 제작하기 때문에 플라즈마 내의 높은 에너지를 갖는 입자들(산소 음이온, -전자, 반발 Ar 입자등)의 기판 충돌로 인해 유기물이 손상을 입는다.
    그러나 대향타겟식 스퍼터링법은 2개의 마주보는 타겟과, 타겟간 중앙에서 수직한 위치에 기판이 놓이게 된다.
    또한 -전자는 자계에 의해서 구속되며 타겟 사이를 왕복 cyclotron motion을 하여 고밀도 플라즈마를 형성 할 수 있다. 따라서 대향 타겟식 스퍼터법은 전자 및 산소 음이온 등의 고에너지 입자들에 의한 유기물 층의 손상을 억제할 수가 있다.
    본 논문에서는 전면 및 배면 발광용 유기 발광 소자의 음전극을 대향타겟식 스퍼터법으로 증착 조건에 따라 제작하였다.
    투입전력, 가스압력, 타겟간 거리 및 자계 분포를 변화시켜 전면 발광용 유기 발광 소자의 음전극으로 널리 사용되고 있는 인듐 주석 산화물을 glass 기판상에 제작하였으며, ITO 박막을 제작한 결과 1∼2×10-4[Ω-cm]의 비저항과 80% 이상의 광투과율을 나타내었다.
    이러한 최적 조건을 유기 발광 소자(Mg:Ag/LiF/Alq3/reflective layer/ITO)의 음전극 제작 조건으로 적용한 결과 leakage current가 1×10-5[mA/cm2]를 갖는 전면 발광용 유기 발광 소자를 제작할 수 있었다. glass 기판상에 제작된 Al 박막의 경우에는 모든 조건에서 10-5[Ω-cm] 이하의 비저항 값을 나타내었으며, cell(LiF/Alq3/reflective layer/ITO)상에 Al 박막을 제작 시, Ar 반발 입자의 기판 충돌에 의한 유기물층의 손상을 억제하기 위해 Kr(25[%])과 Ar(75[%]) 혼합 가스를 사용하여 제작하였으며, 그 결과 1×10-6[mA/cm2]의 누설 전류 밀도 값을 갖는 배면 발광용 유기 발광 다이오드를 제작할 수 있었다.
  • English
  • The facing targets sputtering(FTS) method was used in order to reduce the damage of organic layer by bombardments of high energetic particles that occurred when preparing the cathode electrode of OLED (organic light emitting diode) by sputtering method.
    During a conventional sputtering process, energetic particles, such as negative oxide ions, -electrons and reflective Ar particles, attack the organic layer because its substrate and target were faced each other.
    But the FTS system is consisted of the two facing targets and the substrate which is located apart from the center axis of two targets. And the high density plasma is generated by -electrons promote of the cyclotron and reciprocating motion resulted from confining magnetic field between two targets. Therefore, the FTS apparatus can suppress the organic layer damage by high energetic particles.
    In this study, we prepared the cathode electrode of top-emitting OLED and bottom-emitting OLED in accordance with sputtering conditions by FTS method.
    Tin doped indium oxide thin films which are widely used as cathode in TOLED were prepared on amorphous slide glass as a function of input power, working gas pressure, targets distance and distribution of magnetic field. As the results of the measurement of ITO thin film, low resistivity about 1∼2×10-4[Ω-cm] and optical transmittance of over 80% were obtained. And under these optimal conditions, the ITO thin film was prepared on OLED cell(Mg:Ag/LiF/Alq3/reflective layer/ITO). As a result, we prepared the TOLED with the leakage current density of 1×10-5[mA/cm2]
    In case of preparation of Al thin film, its resistivity under 10-5[Ω-cm] in all sputtering conditions. And the Kr(25[%]) and Ar(75[%]) mixed gas was used in order to reduce the damage of organic layer by the bombardment of reflective Ar particles when preparation of Al thin film on the cell(LiF/Alq3/reflective layer/ITO). In conclusion, we prepared the bottom-emitting organic light emitting diode with the leakage current density of 1×10-6[mA/cm2].
Research result report
  • Abstract
  • 스퍼터링법을 이용한 유기 발광 소자의 음전극 제작 시 발생되는 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판 충돌로 인한 유기물의 손상을 억제하기 위해 대향타겟식 스퍼터링법을 적용하였다.
    일반적인 스퍼터링법은 기판과 타겟이 서로 마주보고 있는 상태에서 박막을 제작하기 때문에 플라즈마 내의 높은 에너지를 갖는 입자들(산소 음이온, -전자, 반발 Ar 입자등)의 기판 충돌로 인해 유기물이 손상을 입는다.
    그러나 대향타겟식 스퍼터링법은 2개의 마주보는 타겟과, 타겟간 중앙에서 수직한 위치에 기판이 놓이게 된다.
    또한 -전자는 자계에 의해서 구속되며 타겟 사이를 왕복 cyclotron motion을 하여 고밀도 플라즈마를 형성 할 수 있다. 따라서 대향 타겟식 스퍼터법은 전자 및 산소 음이온 등의 고에너지 입자들에 의한 유기물 층의 손상을 억제할 수가 있다.
    본 논문에서는 전면 및 배면 발광용 유기 발광 소자의 음전극을 대향타겟식 스퍼터법으로 증착 조건에 따라 제작하였다.
    투입전력, 가스압력, 타겟간 거리 및 자계 분포를 변화시켜 전면 발광용 유기 발광 소자의 음전극으로 널리 사용되고 있는 인듐 주석 산화물을 glass 기판상에 제작하였으며, ITO 박막을 제작한 결과 1∼2×10-4[Ω-cm]의 비저항과 80% 이상의 광투과율을 나타내었다.
    이러한 최적 조건을 유기 발광 소자(Mg:Ag/LiF/Alq3/reflective layer/ITO)의 음전극 제작 조건으로 적용한 결과 leakage current가 1×10-5[mA/cm2]를 갖는 전면 발광용 유기 발광 소자를 제작할 수 있었다. glass 기판상에 제작된 Al 박막의 경우에는 모든 조건에서 10-5[Ω-cm] 이하의 비저항 값을 나타내었으며, cell(LiF/Alq3/reflective layer/ITO)상에 Al 박막을 제작 시, Ar 반발 입자의 기판 충돌에 의한 유기물층의 손상을 억제하기 위해 Kr(25[%])과 Ar(75[%]) 혼합 가스를 사용하여 제작하였으며, 그 결과 1×10-6[mA/cm2]의 누설 전류 밀도 값을 갖는 배면 발광용 유기 발광 다이오드를 제작할 수 있었다.
  • Research result and Utilization method
  • 대향 타겟식 스퍼터링법으로 ITO 및 Al 박막을 증착하여 전기・광학적 및 결정학적 특성과 표면 형상을 분석하고 전면 및 배면 발광용 유기발광 소자의 음전극으로 적용하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

    1. 산소 가스 유량, 가스 압력, 투입 전력 변화 등의 모든 조건에서 제작된 ITO 박막은 비정질 상임을 확인하였으며 가시광 영역에서의 광투과율은 모두 80% 이상을 나타내었다. 또한 전기적 특성은 산소 가스 유량비 0.2[sccm]인 경우 가장 낮은 비저항 값을(1∼2×10-4[Ω-cm]) 나타내었음을 확인하였다.

    2. 낮은 비저항과 높은 광투과율을 갖는 ITO 투명 전도막을 전면발광용 유기 발광 다이오드의 음전극제작에 적용한 결과, 가스 압력 증가에 따른 충돌 입자들의 에너지 감소를 유도하여 유기 발광 다이오드의 누설 전류를 감소시키려 하였으나 그러한 현상은 나타나지 않았다. 그러나 특정 가스 압력인 3[mTorr]에서 1×10-2[mA/cm2]의 누설 전류 밀도를 갖는 전면 발광용 유기 발광 다이오드를 제작할 수 있었다. 또한 타겟간 거리를 100[mm]에서 70[mm]로 변화 시킴에 따라 고에너지 입자들의 평균 자유 행로를 감소시키고 동시에 기판 부근에서의 증착되는 입자간 충돌 영역을 증가 시켰다. 그 결과 타겟간 거리 70[mm]로 감소한 경우 1×10-3[mA/cm2]의 누설 전류를 나타내는 전면 발광용 유기 발광 다이오드를 제작할 수 있었다.

    3. 타겟 사이 형성된 플라즈마 분포를 국부적인 형태에서 양 타겟 사이 전반적인 영역으로 확대시켜 기체 입자들 간의 충돌 확률을 더욱 높일 수 있도록 자계 분포를 집중형에서 분포형으로 변화시켜 전면 발광용 유기 발광 다이오드를 제작하였다. 제작된 전면 발광용 유기 발광 다이오드의 누설 전류는 1×10-5[mA/cm2]을 나타내었다.

    4. 배면 발광용 유기 발광 다이오드의 음전극인 Al 박막은 모든 조건에서 10-5[Ω-cm] 이하의 비저항 값을 나타내었으며 결정성 또한 모든 조건에서 비정질 상임을 확인하였다. 분포형 자계에서 투입 전력 및 가스 압력 변화에 따른 누설 전류는 8×10-5[mA/cm2]의 값을 갖는 배면 발광용 유기 발광 다이오드를 제작할 수 있었다.

    5. 기판 충돌에 의해 유기물의 손상을 주는 고에너지 입자들 중 반발 Ar에 의한 영향을 억제하기 위해 Kr 가스를 소량 첨가하여 Al 박막을 제작하여 표면 거칠기를 측정한 결과 Kr 가스 유량이 25[%]와 75[%]에서 Rpv:5.5[nm], rms:0.68[nm]와 Rpv:3.5[nm], rms:0.5[nm]를 나타내었다. 또한 Kr 가스 유량비를 0[%], 25[%], 50[%], 75[%], 100[%]로 변화시켜 제작한 Al/cell의 누설 전류는 Ar과 Kr을 혼합하여 사용한 경우에 1∼8×10-6[mA/cm2]의 값을 나타내었으며 Ar 또는 Kr만을 사용한 경우에는 8∼9×10-5[mA/cm2]의 누설 전류 값을 나타내었다. 특히 Kr 가스 유량비 25%인 경우 순방향 전압-전류 특성이 50[%], 75[%]의 Kr 가스 유량비 일 때 보다 양호하게 나타남을 확인하였다.

    상기의 실험 결과들을 통해 스퍼터법을 이용한 전면 및 배면 발광용 유기 발광 다이오드의 음전극을 제작하기 위해서는 높은 에너지를 갖는 입자들의 충돌을 억제할 필요가 있으며 이를 위해서는 통상의 스퍼터법이 아닌 고에너지 입자들의 기판 충돌을 효율적으로 억제할 수 있는 대향타겟식 스퍼터법이 적합한 방법임을 확인하였으며 이러한 대향타겟식 스퍼터법을 이용한 유기 발광 다이오드의 음전극 제작 기술은 차세대 디스플레이로 많은 관심을 받고 있는 유기 발광 다이오드의 제작 기술을 보다 진일보 시킬 것으로 생각된다. 또한 유기물을 이용한 다이오드인 OTFT(Organic-TFT)나 유기 태양전지 등으로의 적용에 있어서도 매우 적합한 공정이 될 것으로 사료된다.
  • Index terms
  • FTS, ITO, Al, OLED, plasma free, damage, laeakage current
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