전용액공정 LED 구현을 위한 페로브스카이트 나노결정 박막의 직접 패터닝법 개발

Abstract

제1 장 서론

반도체 나노 결정은 수 나노미터의 크기를 갖는 입자를 뜻하며 나노입자의 크기가 엑시톤 보어 반경보다 작아지게 되면 양자 구속 효과에 의해 벌크 상태와는 다른 특성을 나타내게 된다. 특히 불연속적인 에너지 밴드를 갖게 되는 나노결정의 뛰어난 광학적 특성 때문에 나노결정은 차세대 디스플레이의 발광층으로서 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 Kovalenko가 보고한 고온주입 합성법에 의해 제조된 페로브스카이트 구조의 CsPbX3(X= Cl, Br, I) 나노결정은 콜로이드 형태의 용액에 리간드가 둘러싼 형태로 분산되어 있으며1 12 nm에서 42 nm의 좁은 반치폭과 함께 90% 이상의 광 발광 양자 효율을 보이며 유기물질이 없어 휘발성이 없고 안정한 구조를 갖고 있다. 또한 할로겐 원소의 치환만으로 전 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있고 저비용의 재료와 콜로이드 형태의 쉬운 합성으로 인해 LED의 발광층으로서 많은 연구가 진행되고 있다.2–4 기존에 사용되던 발광체인 metal chalcogenide 물질은 표면 결함을 제어하기 위해 유사한 격자구조를 가진 껍질을 쌓아 사용하였지만 무기질 페로브스카이트의 경우 표면 결함에 대한 높은 내성 때문에 별도의 표면제어 없이도 좋은 광학적 특성을 보여 metal chalcogenide 물질을 대체할 가장 유력한 후보로 떠오르고 있다. 하지만 차세대 디스플레이에 적용되기 위해서는 LED의 대표적인 다중 층 구조의 소자 제작이 용이해야 한다. 다중 층 구조의 LED는 양극과 음극 사이에 발광층과 함께 전자와 정공의 전이가 유연하게 되기 위한 전자수송층 정공수송층 등을 증착하여 정전압을 인가하였을 때 발광층에서 전자와 정공이 만나 엑시톤을 형성하고 발광층의 물질에 따라 원하는 파장의 빛을 내는 구조로 되어있다. 무기질 페로브스카이트를 발광층으로 사용할 경우 다음 층을 증착하기 위한 방법으로 물리 기상증착을 이용한다. 이는 페로브스카이트가 용매에 취약해 스핀 코팅 방법을 적용하기 어렵기 때문이다. 따라서 무기질 페로브스카이트의 용액공정성을 향상시키기 위해선 solvent resistance을 높일 필요가 있다. 동시에 특정 범위의 solvent resistance를 향상시킨다면 패터닝에 적용될 가능성이 존재한다. 이에 본 연구에서는 광촉진제를 첨가하고 무기질 페로브스카이트를 둘러싼 리간드를 이용해 solvent resistance를 높여 전용액 공정의 소자를 구현하고 점 패턴의 박막을 형성하는 연구를 진행하였다.