KR101321332B1 - Surface treatment method of ito - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 도전성(Conductivity)과 높은 일함수(Work function) 그리고 뛰어난 투명도(Transparency)를 가지고 있어 디스플레이 산업에서 투명 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(Indium-Tin-Oxide:ITO)의 표면처리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본 발명은 ITO소자의 표면의 계면특성을 향상시킨 종래의 산소 플라즈마 표면처리 방법을 최적화 시킨 산소 플라즈마를 이용한 ITO 표면처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 산소 플라즈마를 이용하여 250[W] ~ 300[W]의 에너지에서 10[sec]에서 40[sec]까지 10[sec] 간격으로 처리하고 핫 플레이트에서 30 [min] 베이킹한 후, 상기 플라즈마 처리된 ITO위에 AF는 0.2[Å/s]의 속도로 2.5[nm]의 두께로 5 ⅹ10-6Torr정도의 진공도에서 증착하고, Al 음전극은 5×10-6Torr의 진공도에서 텅스텐 보트를 이용하여 초기 10[nm]까지는 0.5 ~ 1.0 [Å/s]로 20[nm]까지는 5 [Å/s]이하로 증착하고, 이후 15 [Å/s] 정도로 가급적 빠르게 두께 100[nm]를 연속적으로 증착하는 것을 특징으로 하는 산소 플라즈마를 이용한 ITO 표면처리 방법이 개시된다.The present invention relates to the surface treatment of indium tin oxide (ITO), which is used as a transparent electrode in the display industry because of its excellent conductivity, high work function, and excellent transparency. More specifically, the present invention relates to an ITO surface treatment method using an oxygen plasma in which the conventional oxygen plasma surface treatment method of improving the interfacial properties of the surface of the ITO device is optimized.
In the present invention, the oxygen plasma is treated at 10 [sec] intervals from 10 [sec] to 40 [sec] at an energy of 250 [W] to 300 [W] and baked at 30 [min] on a hot plate. plasma treated ITO is deposited on the AF is in the degree of vacuum of about 5 ⅹ10 -6 Torr to a thickness of 2.5 [nm] at a rate of 0.2 [Å / s], Al negative electrode is a tungsten boat in a vacuum degree of 5 × 10 -6 Torr 0.5 to 1.0 [µs / s] up to 10 [nm] and less than 5 [µs / s] up to 20 [nm], and then 100 [nm] as fast as 15 [µs / s]. Disclosed is an ITO surface treatment method using an oxygen plasma characterized in that the deposition.
Description
본 발명은 우수한 도전성(Conductivity)과 높은 일함수(Work function) 그리고 뛰어난 투명도(Transparency)를 가지고 있어 디스플레이 산업에서 투명 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(Indium-Tin-Oxide:ITO)의 표면처리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본 발명은 ITO소자의 표면의 계면특성을 향상시킨 종래의 산소 플라즈마 표면처리 방법을 최적화 시킨 산소 플라즈마를 이용한 ITO 표면처리 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to the surface treatment of indium tin oxide (ITO), which is used as a transparent electrode in the display industry because of its excellent conductivity, high work function, and excellent transparency. More specifically, the present invention relates to an ITO surface treatment method using an oxygen plasma in which the conventional oxygen plasma surface treatment method of improving the interfacial properties of the surface of the ITO device is optimized.
일반적으로 유기 광기전 소자나 OLED에서 사용되는 투명전극은 주석산화물, 인듐산화물, 아연산화물 등이 있다. 그 중에서도 ITO는 전기적 특성 및 에칭 특성이 우수하고 광투과도도 우수하다는 장점으로 지금까지 개발된 재료 중에서 가장 많이 사용되고 있다. ITO는 지금까지 투명 전극으로 많이 사용되고 있지만 여러 문제점이 지적되고 있다. 특히 OLED 및 광기전 소자에서 바이어스 인가 및 광전력 인가 시 투명전극과 유기물 계면에서의 계면 특성에 대단히 큰 영향을 미친다는 것이 보고되고 있다Generally, transparent electrodes used in organic photovoltaic devices or OLEDs include tin oxide, indium oxide, zinc oxide, and the like. Among them, ITO is the most used material developed so far because of its excellent electrical and etching characteristics and excellent light transmittance. ITO is widely used as a transparent electrode until now, but several problems have been pointed out. In particular, it is reported that the OLED and photovoltaic devices have a great influence on the interfacial properties at the interface between the transparent electrode and the organic material when bias and photoelectric power are applied.
ITO는 OLED(Organic Light-Emitting Diodes), LED(Light-Emitting Devices), LCD(Liquid Crystal Display), 태양전지(Solar Cell)등 광범위한 분야에 적용되고 있으며, 주로 디스플레이 산업에서 투명전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물(ITO)의 표면 개질은 소자의 성능향상에 많은 기여를 하였다. 이전에는 단순히 습식세정(Wet Cleaning)을 이용해 ITO 표면의 유기물질을 제거하는데 그쳤지만 점점 더 그 중요성이 부각됨에 따라 습식세정(Wet Cleaning) 뿐만이 아닌 UV 오존을 이용한 개질, 여러 기체를 이용한 플라즈마 개질 등 다양한 시도를 해 왔다. 그 중에서도 산소 플라즈마를 이용한 개질은 ITO 표면의 유기물을 제거하는데 그치지 않고 표면의 거칠기(Roughness)를 평탄화 시키고 화합물의 구성비를 변화시켜 소자의 성능 향상을 가져 왔다. ITO is applied to a wide range of fields such as organic light-emitting diodes (OLEDs), light-emitting devices (LEDs), liquid crystal displays (LCDs), and solar cells (Solar cells), and is mainly used as a transparent electrode in the display industry. Surface modification of tin oxide (ITO) has contributed a lot to improving device performance. Previously, wet cleaning was only used to remove organic substances from the surface of ITO, but as the importance becomes more and more important, not only wet cleaning but also UV ozone reforming, plasma reforming using various gases, etc. Various attempts have been made. Among them, the modification using oxygen plasma not only removes organic matter on the surface of ITO, but also improves the device performance by flattening the roughness of the surface and changing the composition ratio of the compound.
예를 들어, 유기 발광 소자는 일반적으로 두 개의 반대 전극 사이에 박막의 유기물들로 이루어져 있고, 그 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어져 있다. 통상적인 유기 발광 소자의 다층 구조는 양극으로부터 정공을 주입 받는 정공 주입층(hole injection layer), 정공을 전달하는 정공 수송층(hole transporting layer), 정공과 전자가 결합하는 발광층(emitting layer), 음극을 포함한다. 선택적으로 소자의 효율과 수명을 더욱 향상시키기 위하여 상기 층들을 혼합 물질로 구성하거나 추가적인 역할을 하는 층들을 도입할 수 있다. 또한, 소자의 제작을 간단히 하기 위하여 여러 가지의 기능을 동시에 갖는 물질을 사용하여 사용되는 층의 수를 줄일 수도 있다.For example, an organic light emitting device is generally composed of thin films of organic material between two opposite electrodes, and has a multi-layered structure composed of different materials to increase efficiency and stability. The conventional multilayer structure of the organic light emitting device is a hole injection layer (hole injection layer) receiving holes from the anode, a hole transporting layer (hole transporting layer) for transferring holes, a light emitting layer (hole emitting layer) that combines holes and electrons, the cathode Include. Optionally, the layers may be composed of a mixed material or additional layers may be introduced to further improve the efficiency and lifetime of the device. In addition, in order to simplify the fabrication of the device, it is also possible to reduce the number of layers used by using materials having various functions simultaneously.
유기 발광 소자에서 발광된 빛을 외부로 발산하기 위하여 기판의 한쪽 전극은 가시광선에 대하여 흡수가 적은 투명한 물질을 사용하게 되는데, 이 투명 전극 물질로 바로 ITO(Indium Tin Oxide)가 일반적으로 사용되며, 이 물질은 정공을 주입하는 양극으로 사용된다.In order to emit the light emitted from the organic light emitting device to the outside, one electrode of the substrate uses a transparent material having low absorption of visible light. Indium tin oxide (ITO) is generally used as the transparent electrode material. This material is used as an anode to inject holes.
유기 발광 소자의 원리는 다음과 같다. 일 함수가 높은 양극과 낮은 음극에서 발생된 각각의 정공과 전자가 정공 주입 층/정공 수송층 및 전자 주입층을 통하여 발광층에 주입되면, 발광층 내에 엑시톤(Exciton)이 생성되며, 이 엑시톤이 소멸될 때 그 에너지에 해당하는 빛을 발생하게 된다.The principle of the organic light emitting device is as follows. When the holes and electrons generated at the anode and the cathode having a high work function are injected into the light emitting layer through the hole injection layer / hole transport layer and the electron injection layer, excitons are generated in the light emitting layer, and when the excitons disappear It generates light corresponding to that energy.
유기 발광 소자의 효율(efficiency), 수명, 구동 전압 및 발광색에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히, 효율 및 수명의 경우 유기 발광 물질과 전극 사이의 계면 상에서의 전하 주입이 가장 큰 영향을 주기 때문에 계면 특성을 향상시키는 것에 대한 연구가 집중되고 있다.Research into efficiency, lifespan, driving voltage, and emission color of organic light emitting diodes is being actively conducted. In particular, research has been focused on improving interfacial properties since charge injection on the interface between the organic light emitting material and the electrode has the greatest effect in terms of efficiency and lifetime.
ITO 기판은 표면 상태에 따라 ITO 표면의 일함수(Work function)와 정공수송층의 표면 일함수와의 접합계면에서 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기에 기인하여 소자의 발광개시전압에서 수 V의 차이가 생기게 된다. 또한 기판 표면의 유기물질과 수분 흡착, 모폴로지(Morphology) 그리고 ITO 스퍼터링시 O/In의 비율에 따라 ITO 표면의 일함수는 큰 변화가 나타난다.According to the surface state of the ITO substrate, the surface potential difference occurs at the junction interface between the work function of the ITO surface and the surface work function of the hole transport layer, which causes a difference of several V in the light emitting voltage of the device. do. In addition, the work function of the ITO surface is greatly changed depending on the organic material and moisture adsorption on the surface of the substrate, the morphology (Morphology) and the ratio of O / In during the sputtering of ITO.
정공수송층(Hole Transporting Layer)과 접합되는 ITO의 표면을 물리적, 화학적으로 안정한 상태로 유지하기 위한 전처리 기술로는 평행 평판형 방전을 이용한 ITO 표면산화법, 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 ITO 표면을 산화하는 방법, UV-ozone-HCl과 같은 습식처리를 혼용하는 방법, 산소, 아르곤, CF4/O2가스를 공급 하면서 챔버 내에 진공을 유지하여 RF 발생기에 의해 플라즈마를 발생시켜 ITO 표면을 개질시키는 방법 등 여러 가지가 있다. 위와 같은 전처리는 공통적으로 ITO 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 효과가 있다.
Pre-treatment technology for maintaining the surface of ITO bonded to hole transporting layer in physically and chemically stable state is ITO surface oxidation method using parallel flat discharge and ozone generated using UV ultraviolet light in vacuum state. To oxidize the ITO surface, to mix wet treatment such as UV-ozone-HCl, and to maintain plasma in the chamber while supplying oxygen, argon and CF4 / O2 gas to generate plasma by RF generator There are many ways to modify it. The pretreatment as described above has the effect of preventing oxygen escape from the surface of the ITO in general and suppressing the residual of water and organic matter as much as possible.
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본 발명자들은 산소 플라즈마를 이용하여 전류밀도 등 ITO 소자의 표면의 계면특성을 향상시키는 최적화된 ITO 표면처리 방법을 제공하는 것을 본 발명의 해결과제로 한다.
The inventors of the present invention have made an object of the present invention to provide an optimized ITO surface treatment method for improving the interface characteristics of the surface of the ITO device such as current density using oxygen plasma.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 ITO 표면 플라즈마 처리 방법은 산소 플라즈마를 이용하여 250[W]의 에너지에서 10[sec]에서 60[sec]까지 10[sec] 간격으로 처리하고 핫 플레이트에서 30 [min] 베이킹한 후, 상기 플라즈마 처리된 ITO위에 AF는 0.2[Å/s]의 속도로 2.5[nm]의 두께로 5 ⅹ10-6Torr정도의 진공도에서 증착하고, Al 음전극은 5×10-6Torr의 진공도에서 텅스텐 보트를 이용하여 초기 10[nm]까지는 0.5 ~ 1.0 [Å/s]로 20[nm]까지는 5 [Å/s]이하로 증착하고, 이후 15 [Å/s] 정도로 가급적 빠르게 두께 100[nm]를 연속적으로 증착하는 것을 특징으로 한다.
The ITO surface plasma treatment method of the present invention which solves the above-mentioned problems is performed at intervals of 10 [sec] from 10 [sec] to 60 [sec] at an energy of 250 [W] using an oxygen plasma and 30 [ min] After baking, AF was deposited on the plasma-treated ITO at a vacuum degree of about 5 ⅹ 10 -6 Torr at a thickness of 2.5 [nm] at a rate of 0.2 [Å / s], and the Al negative electrode was 5 × 10 -6. Using a tungsten boat at a vacuum of Torr, deposition is carried out from 0.5 to 1.0 [Å / s] up to 10 [nm] and less than 5 [Å / s] up to 20 [nm] and then as fast as 15 [Å / s]. It is characterized by continuously depositing a thickness of 100 [nm].
여기서, 상기 표면처리 방법에 따라 처리된 ITO의 표면 거칠기는 2.0[nm] ~ 2.2[nm]인 것을 특징으로 한다.
Here, the surface roughness of the ITO treated according to the surface treatment method is characterized in that 2.0 [nm] ~ 2.2 [nm].
본 발명에 따른 산소 플라즈마를 이용한 ITO 표면처리 방법은 ITO 소자의 표면의 계면특성을 향상시켜주어 양극에서의 정공주입을 향상, morphology의 향상, joule열의 감소 등으로 OLED 및 광기전 소자에서 lifetime 및 효율특성 등 계면 특성 개질에 높은 효과를 가진다.
ITO surface treatment method using oxygen plasma according to the present invention improves the interfacial properties of the surface of the ITO device to improve the hole injection at the anode, improve the morphology, reduce the joule heat, etc. lifetime and efficiency in the OLED and photovoltaic devices It has a high effect on modifying interfacial properties such as properties.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산소 프라즈마 에너지 따른 ITO 표면저항을 도시한 그래프이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 ITO 표면의 AFM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시간 변화에 따른 ITO 표면저항값을 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 ITO 프라즈마 표면 처리에 따른 주파수 상승에 따라 변화된 저항 성분을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 ITO의 산소 플라즈마 표면 처리에 따른 I-V 특성을 도시한 그래프이다. 1 is a graph showing ITO surface resistance according to oxygen plasma energy according to an embodiment of the present invention.
2a to 2d are AFM images of the surface of the ITO according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the ITO surface resistance value with time variation according to an embodiment of the present invention.
4A to 4D are graphs illustrating resistance components changed with increasing frequency according to the ITO plasma surface treatment of the present invention.
5 is a graph showing the IV characteristics of the ITO according to the oxygen plasma surface treatment of the present invention.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 ITO와 유기층 사이의 계면 특성 개질에 높은 효과를 얻기 위하여, ITO 표면을 산소 플라즈마 처리하였다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the present invention, in order to obtain a high effect on modifying the interfacial properties between the ITO and the organic layer, the surface of the ITO was subjected to oxygen plasma treatment.
ITO 표면 산소 프라즈마 처리는 우수한 ITO와 유기층 사이의 계면 특성 개질로 균일한 표면, 낮은 면저항, 높은 일함수 등을 얻을 수 있다. 따라서 양극에서의 정공주입을 향상, morphology의 향상, joule열의 감소 등으로 OLED 및 광기전 소자에서 lifetime 및 효율특성에 크게 기여할 것으로 판단된다. ITO surface oxygen plasma treatment can achieve a uniform surface, low sheet resistance, high work function, etc. by modifying the interfacial properties between the excellent ITO and the organic layer. Therefore, it is expected to greatly contribute to lifetime and efficiency characteristics of OLED and photovoltaic devices by improving hole injection at anode, improving morphology, and reducing joule heat.
따라서, 본 발명의 발명자들은 산소 플라즈마 처리의 최적화된 방법을 찾고자 노력하였으며, 그 결과 본 발명에 따른 ITO 표면처리 방법을 찾아내었고, 이 방법에 따라 종래의 기본 소자와 본 발명의 방법에 따라 처리된 소자를 비교한 결과 전류밀도가 최대 약 300% 상승된 것을 확인하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have tried to find an optimized method of oxygen plasma treatment, and as a result, have found an ITO surface treatment method according to the present invention, and according to this method, the conventional basic elements and the treatment according to the method of the present invention. As a result of comparing the devices, it was confirmed that the current density was increased up to about 300%.
상기와 같이 개선된 본 발명의 ITO 표면 플라즈마 처리 방법은 산소 플라즈마를 이용하여 250[W]의 에너지에서 10[sec]에서 60[sec]까지 10[sec] 간격으로 처리하고 핫 플레이트에서 30 [min] 베이킹한 후, 상기 플라즈마 처리된 ITO위에 써멀 에바포레이터(Thermal evaporator)를 이용하여 비정질 플루오르화 폴리머(AF)를 0.2[Å/s]의 속도로 2.5[nm]의 두께로 5 ⅹ10-6Torr정도의 진공도에서 증착하고, 상기 비정질 플루오르화 폴리머 위에 Al 음전극은 5×10-6Torr의 진공도에서 텅스텐 보트를 이용하여 초기 10[nm]까지는 0.5 ~ 1.0 [Å/s]로 20[nm]까지는 5 [Å/s]이하로 증착하고, 이후 15 [Å/s] 정도의 증착속도로 두께 100[nm]를 연속적으로 증착하여 이루어진다. The improved ITO surface plasma treatment method of the present invention as described above is treated at 10 [sec] intervals from 10 [sec] to 60 [sec] at an energy of 250 [W] using oxygen plasma and 30 [min] at a hot plate. ] after baking, using a thermal evaporator (thermal evaporator) on the plasma treated ITO amorphous fluorinated polymer (AF) at a rate of 0.2 [Å / s] at a thickness of 2.5 [nm] 5 ⅹ10 -6 Deposited at a vacuum degree of Torr, and the Al negative electrode on the amorphous fluorinated polymer was 20 [nm] from 0.5 to 1.0 [dl / s] up to 10 [nm] using a tungsten boat at a vacuum degree of 5 × 10 -6 Torr. Up to 5 [Å / s] or less, and then deposited by continuously depositing a thickness of 100 [nm] at a deposition rate of about 15 [Å / s].
본 발명에 따른면, 상기 표면처리 방법에 따라 처리된 ITO의 표면 거칠기는 2.0[nm] ~ 2.2[nm]인 것을 확인하였다.
According to the present invention, it was confirmed that the surface roughness of ITO treated according to the surface treatment method was 2.0 [nm] to 2.2 [nm].
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 방법에 따라 표면처리된 ITO의 각종 특성을 시험한 결과로서, 첨부도면 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산소 프라즈마 에너지 따른 ITO 표면저항을 도시한 그래프이고, 도 2a 내지 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 ITO 표면의 AFM 사진이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시간 변화에 따른 ITO 표면저항값을 도시한 그래프이고, 도 4a 내지 4d는 본 발명의 ITO 프라즈마 표면 처리에 따른 주파수 상승에 따라 변화된 저항 성분을 도시한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 ITO의 산소 플라즈마 표면 처리에 따른 I-V 특성을 도시한 그래프이다. The accompanying drawings as a result of testing the various properties of the surface treated ITO according to the method of the present invention, Figure 1 is a graph showing the ITO surface resistance according to the oxygen plasma energy according to an embodiment of the present invention 2A to 2D are AFM images of the surface of ITO according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph showing ITO surface resistance values according to a time change according to an embodiment of the present invention. 4d is a graph showing a resistance component changed according to the frequency rise according to the ITO plasma surface treatment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the IV characteristics of the oxygen plasma surface treatment of the ITO of the present invention.
본 발명에서는 시험편으로 사용된 ITO 소자는 열 증착 방법에 의해 제작하였으며, 소자는 본 발명에 따른 산소 플라즈마 처리된 소자와 기본 소자로 제작하여 비교 시험하였다.In the present invention, the ITO device used as the test piece was manufactured by a thermal evaporation method, and the device was manufactured by comparison with the oxygen plasma treated device and the basic device according to the present invention.
본 발명에 사용된 소자의 처리는 다음과 같은 조건으로 준비하였다. Treatment of the device used in the present invention was prepared under the following conditions.
ITO 기판은 산소 프라즈마를 이용하여 150, 200, 250, 300, 450 [W]의 에너지로 처리하고 핫 플레이트에서 30 [min] 베이킹하였다. 또한 250 [W]의 에너지에서 10 [sec]에서 60 [sec]까지 10 [sec] 간격으로 처리하고 핫 플레이트에서 30 [min] 베이킹하였다. 최적의 조건에서 플라즈마 처리된 ITO위에 AF는 0.2[Å/s]의 속도로 2.5 [nm] 의 두께로 5 ⅹ10-6Torr정도의 진공도에서 증착하였다. Al 음전극도 약 5×10-6Torr의 진공도에서 텅스텐 보트를 이용하여 초기 10 [nm]까지는 0.5 ~ 1.0 [Å/s]로 20 [nm]까지는 5 [Å/s] 이하로 증착하고, 그 이후 15 [Å/s] 정도로 가급적 빠르게 두께 100 [nm]를 연속적으로 증착하였다. 또한, 소자 면적은 마스크를 이용하여 3×5 [mm2]의 크기로 제작하였다. 장비는 Thermal evaporator, O2-plasmatreatment를 사용하였고, 측정은 Four-probe method meter, AFM(Atomic Force Microscope), Keithley 2000 multimeter를 사용하여 측정하였다. 측정에 사용된 프로그램은 자체 개발한 PC 소프트웨어를 사용하였다.The ITO substrate was treated with an energy of 150, 200, 250, 300, 450 [W] using oxygen plasma and baked at 30 [min] on a hot plate. It was also treated at 10 [sec] intervals from 10 [sec] to 60 [sec] at an energy of 250 [W] and baked at 30 [min] on a hot plate. AF was deposited on the plasma-treated ITO at an optimum condition at a vacuum degree of 5 ⅹ 10 -6 Torr with a thickness of 2.5 [nm] at a rate of 0.2 [Å / s]. Al anodes were also deposited using a tungsten boat at a vacuum of about 5 × 10 -6 Torr to 0.5 to 1.0 [µs / s] up to 10 [nm] and less than 5 [µs / s] up to 20 [nm]. Thereafter, a thickness of 100 [nm] was continuously deposited as fast as 15 [dl / s]. In addition, the device area was produced in the size of 3 x 5 [mm 2 ] using a mask. The equipment used a thermal evaporator, O 2 -plasmatreatment, and the measurement was measured using a four-probe method meter, Atomic Force Microscope (AFM), Keithley 2000 multimeter. The program used for the measurement used PC software developed by itself.
본 발명에 사용된 물질 AF (amorphous fluoropolymer)는 저표면 에너지 재료로 사용되는 것으로 비정질 플루오르화 폴리머라고 하며, 내열성, 내화학성, 소수성, 등이 우수하다. The material AF (amorphous fluoropolymer) used in the present invention is used as a low surface energy material and is called an amorphous fluorinated polymer, and has excellent heat resistance, chemical resistance, hydrophobicity, and the like.
써멀 에바포레이터(Thermal evaporator)는 AF를 2.5 [nm]로 증착시키기 위해 사용하였다. Thermal evaporator was used to deposit AF at 2.5 [nm].
포-프루브 메쏘드 미터(Four-probe method meter)는 산소 플라즈마 처리된 소자의 표면을 측정하였다. A four-probe method meter measured the surface of the oxygen plasma treated device.
AFM는 산소 프라즈마 처리된 소자의 표면을 촬영하였다. AFM photographed the surface of the oxygen plasma treated device.
케이들리 2000 멀티미터(Keithley 2000 multimeter)는 산소 플라즈마 처리된 소자와 기본 소자의 전류 밀도를 측정하였다.
The Keithley 2000 multimeter measured the current density of the oxygen plasma treated device and the base device.
첨부도면 도 1은 에너지 변환에 따른 표면저항으로 최적의 산소 플라즈마 처리를 찾기 위해 실험한 데이터로 Four-probe method를 사용하여 산소 프라즈마 처리된 소자의 표면을 10 포인트 측정하였고, 이를 평균화한 데이터 나타내었다. FIG. 1 shows experimental data to find an optimum oxygen plasma treatment with surface resistance according to energy conversion. The surface of an oxygen plasma treated device was measured by 10 points using the Four-probe method and averaged. .
따라서 처리강도가 250 [W]에서 제작된 시료가 가장 우수한 표면의 저항특성이 나타남을 확인할 수 있었다.
Therefore, it was confirmed that the sample produced at 250 [W] of the processing strength exhibited the best surface resistance.
첨부도면 도 2a 내지 2b는 소자의 AFM(Atomic Force Microscope) 사진으로 Four-probe method meter로 측정된 데이터와 미세구조의 관계를 조사하기 위하여 평균 표면 거칠기를 조사하였다. 2A through 2B are atomic force microscope (AFM) photographs of the device, and the average surface roughness was investigated to investigate the relationship between the microstructure and the data measured by a four-probe method meter.
도 2a는 원 시료에서 평균 거칠기 3.2 [nm]를 얻었고, 2b는 250 [W]에서 평균 거칠기 2.0 [nm], 2c는 300 [W]에서 평균 거칠기 2.2 [nm], 2d는 450 [W]에서 평균 거칠기 2.9 [nm]를 확인하였다. AFM을 통하여 Four-probe method meter로 측정된 데이터와 미세구조 관계를 확인할 수 있었다. FIG. 2A shows an average roughness of 3.2 [nm] in the original sample, 2b shows an average roughness of 2.0 [nm] at 250 [W], 2c shows an average roughness of 2.2 [nm] at 300 [W], and 2d at 450 [W]. An average roughness of 2.9 [nm] was confirmed. Through the AFM, we could confirm the microstructure relationship with the data measured with the Four-probe method meter.
그 결과 하기 표 1과 같은 소자의 표면을 AFM으로 촬영하여 얻은 표면 거칠기값을 확인할 수 있었다. As a result, the surface roughness value obtained by photographing the surface of the device as shown in Table 1 by AFM was confirmed.
위 표1의 결과로 보아, 산소 프라즈마 처리된 소자는 처리되지 않은 소자대비 250 [W]에서 표면 거칠기가 약 40 [%] 감소됨을 확인 할 수 있었다. 프라즈마 에너지가 250 [W]를 초과하면 평균 표면 거칠기는 다시 증가 되는 것을 확인하였다. 이것은 산소 입자가 ITO 표면으로 파고들어 표면의 거칠기를 증가시키는 것으로 판단된다. As a result of Table 1, it was confirmed that the surface roughness of about 40 [%] was reduced at 250 [W] than the oxygen plasma treated device. When the plasma energy exceeds 250 [W], the average surface roughness was found to increase again. This is believed to cause oxygen particles to penetrate the ITO surface and increase the surface roughness.
첨부도면 도 3은 에너지 250 [W]에서 처리시간에 따른 표면 저항을 나타낸 그래프로 40 [sec]에서 가장 낮은 표면 저항값 17 [Ω]을 확인할 수 있었다. 3 is a graph showing surface resistance with treatment time at energy 250 [W], and the lowest surface resistance value of 17 [Ω] can be confirmed at 40 [sec].
도 3에서 40 [sec]까지는 표면 저항값은 감소하지만 40초를 초과하게 되면 급격한 상승 폭을 확인하였다. 이것은 40 [sec]까지 산소 프라즈마 처리가 표면의 개질 향상 및 표면 저항의 감소 등에 기여하지만 40 [sec]를 초과하게 되면 산소입자가 ITO 표면에 영향을 주어 저항으로 작용하게 되고 이와 같은 이유로 표면 저항값이 상승 되는 것으로 사료된다.
In FIG. 3, the surface resistance decreased until 40 [sec], but when the surface resistance exceeded 40 seconds, the sharp rise was confirmed. This means that oxygen plasma treatment up to 40 [sec] contributes to the improvement of surface modification and reduction of surface resistance, but when it exceeds 40 [sec], oxygen particles affect the ITO surface and act as a resistance. This is believed to be elevated.
첨부도면 도 4a 내지 4b는 LCR meter 측정된 데이터를 식 (1)에 대입하고 정리한 AC인가 전압에 따른 Cole-Cole plot으로 Four-probe method meter 측정된 표면 저항값의 신뢰성을 확인하기 위하여 비교하였다. Figures 4a to 4b are compared to confirm the reliability of the measured surface resistance of the four-probe method meter Cole-Cole plot according to the AC applied voltage by substituting the measured data of the LCR meter in equation (1). .
식(1) ----- 
Expression (1) -----
도 4a는 AC 1 [MV/cm]에서 주파수 상승에 따라 변화된 저항 성분을 나타낸 그림이고, 도 5b는 AC 4 [MV/cm]에서 주파수 상승에 따라 변화된 저항 성분을 나타낸 그림이고 도 4c는 AC 10 [MV/cm]에서 주파수 상승에 따라 변화된 저항 성분을 나타낸 그림이고, 도 4d는 AC 20 [MV/cm]에서 주파수 상승에 따라 변화된 저항 성분을 나타낸 그림이다. 시간은 각각 10초부터 50초까지 10초 간격으로 측정하였다. 40초에서 가장 낮은 표면 저항값을 확인하였다. Figure 4a is a diagram showing the resistance component changed with the increase in frequency at AC 1 [MV / cm], Figure 5b is a diagram showing the resistance component changed with the frequency rise in AC 4 [MV / cm] and Figure 4c is
도 4a 내지 4d에서 AC 인가 전계의 증가함에 따라 무효분 저항과 유효분 저항값은 감소함을 확인하였다. Four-probe method meter로부터 얻은 250 [W] 40초에서 측정된 가장 낮은 표면 저항값 17 [Ω]의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
4A to 4D, it was confirmed that the active component resistance and the effective component resistance value decreased as the AC applied electric field increased. The reliability of the lowest surface resistance value 17 [Ω] measured at 250 [W] 40 seconds obtained from a four-probe method meter was confirmed.
첨부도면 도 5는 DC 전압에 따른 전류밀도로 앞서 확인한 최적의 조건에서 산소 프라즈마 처리된 소자와 기본 소자를 비교한 그림으로 산소 프라즈마 처리된 소자는 전류밀도가 처리되지 않은 소자보다 상승된 것을 확인할 수 있었다. 5 is a diagram comparing the oxygen plasma-treated element and the basic element at the optimum conditions identified above with the current density according to the DC voltage. It can be seen that the oxygen-plasma-treated device has a higher current density than the untreated device. there was.
도 5에서 2 [V]의 낮은 바이어스에서는 소자의 전류밀도 차이가 크지 않았지만 2 [V]에서 6 [V]까지 약 20 [%]의 전류밀도 차이가 생겼고 6 [V]에서 10 [V]까지는 최대 300 [%] 전류밀도의 상승폭을 확인할 수 있었다. 하지만 10 [V] 초과하게 되면 소자의 열화로 프라즈마 처리된 소자와 기본소자와의 차이가 비슷한 값을 나타냄을 확인하였다. 이것은 산소 프라즈마 처리가 계면의 클린화와 ITO와 유기층 사이의 계면 특성 향상, 균일한 표면, 낮은 면저항 등으로 전계 분포를 일정하게 유지시키고 이와 같은 영향으로 양극에서의 정공주입을 향상, morphology의 향상, joule열의 감소하여 전류밀도가 상승한 것으로 판단된다.
In FIG. 5, the current bias difference of the device was not large at the low bias of 2 [V], but the current density difference was about 20 [%] from 2 [V] to 6 [V] and from 6 [V] to 10 [V]. The increase in the maximum current density of 300 [%] was confirmed. However, when it exceeds 10 [V], it was confirmed that the difference between the plasma-treated device and the basic device showed similar values due to deterioration of the device. This is oxygen Plasma treatment maintains constant electric field distribution due to clean interface and improved interfacial properties between ITO and organic layer, uniform surface and low sheet resistance.These effects improve hole injection at anode, improve morphology, and improve joule heat. It is considered that the current density is increased by decreasing.
이상에서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 ITO 표면 처리에 따른 계면 특성을 분석한 결과, 본 발명자들은 최적의 산소 플라즈마 처리 방법을 찾았으며, Four-probe method meter를 사용하여 산소 플라즈마 에너지는 250 [W]에서 가장 낮은 표면 저항값을 확인하였다. AFM을 사용하여 250 [W]에서 가장 낮은 평균 거칠기 값 2.0 [nm]을 확인하였다. Four-probe method meter를 사용하여 250 [W] 40 [sec]에서 가장 낮은 평균 저항값 17[Ω]을 확인하였다. LCR meter를 사용하여 250 [W] 40초에서 Four-probe method meter로 확인한 값 약 17 [Ω]의 표면저항 값의 신뢰성을 확인하였다. 최적의 조건에서 제작된 소자와 기본소자의 전류밀도를 확인한 결과 최적의 조건에서 제작된 소자의 전류밀도가 최대 약 300 [%] 상승된 것을 확인할 수 있었다.
As a result of analyzing the interfacial properties according to the ITO surface treatment according to the present invention as described above, the inventors found an optimal oxygen plasma treatment method, and the oxygen plasma energy was 250 [W] using a four-probe method meter. ] Showed the lowest surface resistance. AFM was used to identify the lowest average roughness value of 2.0 [nm] at 250 [W]. Using the four-probe method meter, the lowest average resistance value of 17 [Ω] was confirmed at 250 [W] 40 [sec]. Using the LCR meter, the reliability of the surface resistance value of about 17 [Ω] was confirmed by the Four-probe method meter at 250 [W] 40 seconds. As a result of confirming the current density of the device and the basic device fabricated under the optimal conditions, it was confirmed that the current density of the fabricated device under the optimum conditions was increased by up to about 300 [%].
Claims (2)
Oxygen plasma was used to treat 10 [sec] intervals from 10 [sec] to 40 [sec] at an energy of 250 [W] and 30 [min] baking on a hot plate, followed by a thermal evapo on the plasma-treated ITO. An amorphous fluoropolymer (AF) was deposited using a thermal evaporator at a vacuum of about 5 ⅹ 10 -6 Torr at a thickness of 2.5 [nm] at a rate of 0.2 [Å / s], and the amorphous fluorine The Al negative electrode was deposited on the polymerized polymer at a vacuum of 5 × 10 -6 Torr with a tungsten boat at 0.5 to 1.0 [Å / s] up to 10 [nm] and below 5 [Å / s] up to 20 [nm]. And then ITO surface treatment method using an oxygen plasma, characterized in that continuously depositing a thickness of 100 [nm] at a deposition rate of about 15 [Å / s].
상기 표면처리 방법에 따라 처리된 ITO의 표면 거칠기는 2.0[nm] ~ 2.2[nm]인 것을 특징으로 하는 산소 플라즈마를 이용한 ITO 표면처리 방법.The method of claim 1,
ITO surface treatment method using an oxygen plasma, characterized in that the surface roughness of the ITO treated according to the surface treatment method is 2.0 [nm] ~ 2.2 [nm].
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