PEALD 증착법을 이용한 유기소자 보호막 특성 연구

Abstract

유기물은 수분이나 산소와 같은 기체나 온도에 의해 특성이 저하되기 때문에 organic light-emitting diode(OLED)나 flexible display 소자 등을 이와 같은 요소로부터 보호하기 위한 연구가 많이 진행되고 있다. 무기물을 이용한 연구는 진공 박막 증착법으로 연구가 진행되고 있으며, 이들은 보호막으로써 충분한 가능성을 보이고 있다. 원자층 증착법(ALD, atomic layer deposition)은 nano-scale의 박막을 효과적으로 증착할 수 있는 또다른 방법이다. 원자층 증착법은 자기제어공정에 의해 두께 조절이 가능하고 우수한 계단 도포성을 보인다. 원자층 증착법은 결함 없이 밀도 높은 박막을 균일하게 증착할 수 있다. 게다가 plasma를 이용하는 원자층 증착법의 경우에는 plasma의 높은 energy가 반응을 도와주므로 저온에서도 높은 증착률을 보인다. 수분의 투습은 박막에 존재하는 pinhole이나 pore와 같은 결함의 크기나 수 뿐 아니라 수분과 보호막과의 물리적, 화학적 상호작용과도 관련이 있다. 보호막을 통한 수분의 투과는 4단계를 거치게 된다. 1) 투과할 기체가 표면에 흡착, 2) 박막내로 용해, 3) 박막 내에서 확산, 그리고 4) 보호막 반대편으로의 탈착. 그러므로 수분의 투습은 용해도와 확산과 관련이 있으며, 온도에 직접적으로 의존하게 된다. 또한 온도에 따른 수분 투과는 Arrhenius 식으로 표현 할 수 있다. 본 논문에서 알루미늄 산화막과 타이타늄 산화막의 특성을 분석하였다. 박막은 상온에서 300 W의 electron cyclotron resonance(ECR) plasma를 이용하여 증착하였다. 알루미늄 산화막과 타이타늄 산화막의 증착률은 각각 2.2 Å/cycle, 2.3Å/cycle을 보였다. polyethersulfon (PES)에 보호막을 증착하여 실험한 결과 200 nm의 알루미늄 산화막은 19.8 kJ/mol 만큼, 100 nm 두께의 타이타늄 산화막은 12.4 kJ/mol 만큼의 activation energy가 증가하였다. 또한 OLED 소자에 적용하여 소자의 luminance 값의 변화로 lifetime을 측정하였다. 보호되지 않은 소자에 비해, 90nm 두께의 알루미늄 산화막으로 보호된 소자는 약 9.8배, 100nm 두께의 타이타늄 산화막으로 보호된 소자도 약 9.9배의 lifetime 향상을 볼 수 있었고, 특히 400nm 두께의 타이타늄 산화막으로 보호된 소자는 25배로 향상된 lifetime을 보였다. 이 무기산화물 보호막은 유기물질을 수분으로부터 효과적으로 보호할 수 있는 특성을 보였다.