PEALD를 이용한 다층 무기 박막의 보호막 특성 연구

Abstract

현재 각광받고 있는 유기물 기반의 유기전자 소자는 수분이나 산소에 취약하여, 이에 노출될 경우 급속한 성능 저하가 진행되어 수명이 단축되는 단점이 있다. metal 및 glass를 소재로 한 보호막 (passivation layer) 방법은 성능 면에서는 우수한 반면, 무겁고 공정의 어려움 그리고 고비용의 단점들이 있기 때문에 유기 전자소자의 대면적화에 큰 장애가 되고 있다. 따라서 가볍고 투명한 재질의 투습 방지를 위한 보호막의 연구가 필요하다. 현재 보호막 개발은 SiO_(2), SiN, Al_(2)O_(3) 등의 무기물을 이용한 단일막, 무기물을 교대로 증착한 다층막, 무기물과 유기물을 교대로 증착한 다층막 등 다양한 형태가 있다. 이러한 보호막은 현재 CVD (chemical vapor deposition), sputtering, 전자-선 증착법 등을 이용하여 연구 개발되고 있는 상황이며 대부분 높은 투습률 (WVTR : water vapor transmission rate) 과 투산소율 (OTR : oxygen transmission rate) 을 나타내어 flexible 유기 전자 소자의 보호막으로 적용하기 어렵다. 본 연구에서는 원자층 증착법 (ALD: atomic layer deposition)을 이용하여 PES (poly(ether sulfon)) 기판위에 Al_(2)O_(3)와 TiO_(2) 박막을 증착 하였다. 공정 조건에 따라 Al_(2)O_(3)와 TiO_(2) 박막의 굴절률, 탄소 함유량, 밀도가 달라지는 것을 알 수 있었으며, 공정 조건을 변화시켜 고밀도의 박막을 얻을 수 있었다. 플라즈마에 의한 PES 기판 데미지를 막기 위해 buffer layer를 도입 하였으며, 또한 박막 내부 결함에 의한 수분 투과를 지연 또는 막기 위해 multi-layer를 증착 하였다. 보호막의 gas barrier 특성을 분석하기 위해서 MOCON test 장비를 사용해 투습률 특성을 조사 하였다. Buffer layer, multi-layer 구조의 보호막을 적용했을 시 PES 기판의 투습률 특성이 개선 되었으며, 수분 투과에 대한 activation energy 또한 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 OLED 소자에 보호막을 적용하여 소자의 luminance 값의 변화로 lifetime을 측정하였다. 보호되지 않은 OLED의 lifetime은 6.6 시간인 반면 buffer layer와 multi layer 보호막이 도입된 OLED의 lifetime은 약 110 시간으로 측정 되었다. 이런 결과를 통해 ECR-ALD를 이용한 Al_(2)O_(3)/TiO_(2) multi-layer는 유기물 기반의 flexible 디스플레이 소자의 보호막으로서 매우 가능성이 있는 것으로 판단된다.