KR101578268B1 - Electrode element comprising control-layer of work function - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 투명 전극의 일함수 값을 제어함으로써 동일한 투명 전극을 양극뿐만 아니라 음극으로도 사용할 수 있으며, 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)으로 투명 전극의 표면에 일함수 조절막을 형성함으로써 일함수 조절막의 두께를 정확하게 제어 가능하며 일함수 조절막을 균일한 조성비로 형성할 있는 전극 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode device, more specifically, by controlling the work function value of a transparent electrode, the same transparent electrode can be used not only as an anode but also as a cathode, and an atomic layer deposition (ALD) The thickness of the work function adjusting film can be accurately controlled by forming a work function adjusting film on the surface, and the work function adjusting film is formed with a uniform composition ratio.
Description
본 발명은 전극 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 투명 전극의 일함수 값을 제어함으로써 동일한 투명 전극을 양극뿐만 아니라 음극으로도 사용할 수 있으며, 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)으로 투명 전극의 표면에 일함수 조절막을 형성함으로써 일함수 조절막의 두께를 정확하게 제어 가능하며 일함수 조절막을 균일한 조성비로 형성할 있는 전극 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode device, more specifically, by controlling the work function value of a transparent electrode, the same transparent electrode can be used not only as an anode but also as a cathode, and an atomic layer deposition (ALD) The thickness of the work function adjusting film can be accurately controlled by forming a work function adjusting film on the surface, and the work function adjusting film is formed with a uniform composition ratio.
투명전극이란 가시광선 영역에서의 높은 광투과도 (85% 이상)와 낮은 비저항(1ㅧ10-3 이하)을 동시에 갖는 산화물계 축퇴형(Degenerate) 반도체 전극 및 탄소 기반 투명전극 등을 총칭한다. 투명전극은 빛의 투과와 전류 주입/추출을 동시에 필요로 하는 평판디스플레이, 태양전지, 터치패널, 투명 트랜지스터의 전극으로 사용되는 핵심 재료로, 현재까지 대부분 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되고 있다. Transparent electrodes are collectively referred to as oxide-based degenerate semiconductor electrodes and carbon-based transparent electrodes having high light transmittance (over 85%) and low resistivity (less than 1 10 -3 ) in the visible light region. ITO (Indium Tin Oxide) is mainly used as a transparent electrode, which is a core material used for electrodes for flat panel displays, solar cells, touch panels, and transparent transistors, which simultaneously require light transmission and current injection / extraction.
최근 플렉서블 디스플레이, 태양전지 및 전자 소자 등 유연 광전자 기술의 급격한 발전으로 기존의 유리 기판이 아닌 플렉서블한 기판 위에 제작이 가능한 유연 투명전극 기술에 대한 관심도 높아지고 있다. 기존 ITO 투명 전극의 경우 기판의 휨에 대한 기계적 특성이 약해 이를 대체 할 수 있는 고분자 투명전극, CNT(Carbon Nanotube), 그래핀, 은 기반의 투명전극 등이 제안되고 있다.Recently, with the rapid development of flexible optoelectronic technologies such as flexible displays, solar cells, and electronic devices, there is a growing interest in flexible transparent electrode technology that can be fabricated on a flexible substrate instead of a conventional glass substrate. In the case of conventional ITO transparent electrodes, a polymer transparent electrode, a carbon nanotube (CNT), a graphene, and a silver-based transparent electrode, which can replace the weak mechanical characteristics of the substrate, are proposed.
앞서 설명한 투명 전극 재료는 대부분 4.5eV 이상의 높은 일함수 값을 가지기 때문에 전자 소자에서 정공(hole)을 주입하는 양극(anode) 전극으로만 사용되고 있는 실정이다. 투명 전극 재료를 음극 전극으로도 사용할 수 있다면 투명 전극 재료의 적용 분야가 확장되어 다양한 전자 소자에 이용 가능하다. Most of the above-mentioned transparent electrode materials have a high work function value of 4.5 eV or more and are used only as an anode electrode for injecting holes in electronic devices. If the transparent electrode material can also be used as the cathode electrode, the application field of the transparent electrode material can be expanded and used for various electronic devices.
투명 전극 재료를 음극 전극으로 사용하기 위하여 투명 전극의 표면에 금속을 도핑 증착하여 투명 전극의 일함수 값을 낮춤으로써 투명 전극을 음극(Cathode)으로 사용하는 종래기술이 제안되었다. 그러나 종래기술의 경우 투명 전극의 표면에 금속을 화학적 증착 방식으로 형성함으로써 투명 전극의 표면에 균일한 두께로 금속을 증착 형성하기 곤란하여 실제 전자 소자에 적용하기 곤란하다는 문제점을 가진다. 더욱이 종래기술에서 투명 전극의 표면에 증착되는 금속의 조성비가 균일하지 못하여 효율이 높지 않으며, 투명 전극에 증착되는 금속의 두께를 정확하게 형성하지 못하여 투명전극의 일함수 값을 정확하게 제어하지 못한다는 문제점을 가진다.
In order to use a transparent electrode material as a cathode electrode, a conventional technique has been proposed in which a transparent electrode is used as a cathode by lowering the work function value of the transparent electrode by doping a metal on the surface of the transparent electrode. However, in the prior art, it is difficult to deposit metal on the surface of the transparent electrode by vapor deposition of a metal on the surface of the transparent electrode by chemical vapor deposition, which makes it difficult to apply it to practical electronic devices. Further, since the composition ratio of the metal deposited on the surface of the transparent electrode is not uniform, the efficiency is not high, and the thickness of the metal deposited on the transparent electrode can not be accurately formed, so that the work function value of the transparent electrode can not be accurately controlled I have.
본 발명은 위에서 언급한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 투명 전극의 일함수 값을 제어하여 음극 또는 양극으로 사용할 수 있는 전극 소자를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an electrode element which can be used as a cathode or an anode by controlling a work function value of a transparent electrode.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)으로 투명 전극의 표면에 균일한 두께와 조성비로 형성되는 일함수 조절막을 구비한 전극 소자를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an electrode device having a work function adjusting film formed at a uniform thickness and composition ratio on the surface of a transparent electrode by an atomic layer deposition (ALD) method.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전극소자의 제조 방법은 베이스 전극의 일면에 베이스 전극의 일함수와 상이한 일함수를 가지는 산화 금속층을 적층하여 베이스 전극의 일함수를 조절하는 일함수 조절막을 형성하며, 일함수 조절막은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 베이스 전극의 일면에 산화 금속층을 단분자막(monolayer) 레벨로 적층 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the object of the present invention, a method of manufacturing an electrode device according to the present invention is characterized in that a work function of adjusting a work function of a base electrode by laminating a metal oxide layer having a work function different from a work function of a base electrode, And the work function adjusting film is formed by stacking a metal oxide layer on a monolayer level on one surface of a base electrode using an atomic layer deposition method.
여기서 산화 금속층은 산화 알루미늄(Al2O3)인 것을 특징으로 한다.Wherein the metal oxide layer is aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
여기서 베이스 전극은 투명전극이며 보다 구체적으로 인듐 주석 산화물(Indum Tin Oxcide)인 것을 특징으로 한다.Here, the base electrode is a transparent electrode, and more specifically, indium tin oxide (Indum Tin Oxcide).
바람직하게, 일함수 조절막은 베이스 전극의 일면에 1 내지 18 개의 단분자막을 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the work function adjusting film is formed by laminating 1 to 18 monomolecular films on one surface of the base electrode.
바람직하게, 일함수 조절막은 베이스 전극의 일면에 산화 금속층을 3nm 이하에서 조절하여 형성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the work function adjusting film is formed by adjusting a metal oxide layer to 3 nm or less on one surface of the base electrode.
한편, 본 발명에 따른 전극 소자는 베이스 전극과, 베이스 전극의 일면에 베이스 전극의 일함수와 상이한 일함수를 가지는 산화 금속층을 적층하여 형성되며 베이스 전극의 일함수를 조절하는 일함수 조절막을 포함하며, 일함수 조절막은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 베이스 전극의 일면에 산화 금속층을 단분자막(monolayer) 레벨로 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The electrode device according to the present invention includes a base electrode and a work function adjusting film formed by laminating a metal oxide layer having a work function different from the work function of the base electrode on one surface of the base electrode and controlling a work function of the base electrode And the work function adjusting film is formed by laminating a metal oxide layer at a monolayer level on one surface of a base electrode by using an atomic layer deposition method.
한편, 본 발명에 따른 전자 소자 장치는 제1 베이스 투명 전극을 구비하는 양극 투명 전극과, 제2 베이스 투명 전극을 구비하는 음극 투명 전극을 포함하며, 제1 베이스 투명 전극 또는 제2 베이스 투명 전극 중 어느 일면에는 제1 베이스 투명 전극 또는 제2 베이스 투명 전극의 일함수와 상이한 일함수를 가지는 산화 금속층을 적층하여 제1 베이스 투명 전극 또는 상기 제2 베이스 투명 전극의 일함수를 조절하는 일함수 조절막이 형성되어 있으며, 일함수 조절막은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 제1 베이스 투명 전극 또는 제2 베이스 투명 전극의 일면에 산화 금속층을 단분자막(monolayer) 레벨로 적층하여 형성되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the electronic device according to the present invention includes a cathode transparent electrode having a first base transparent electrode and a cathode transparent electrode having a second base transparent electrode, and the first base transparent electrode or the second base transparent electrode A work function adjusting film for adjusting the work function of the first base transparent electrode or the second base transparent electrode by laminating a metal oxide layer having a work function different from the work function of the first base transparent electrode or the second base transparent electrode And the work function adjusting film is formed by laminating a metal oxide layer on one surface of a first base transparent electrode or a second base transparent electrode at a monolayer level by using an atomic layer deposition method .
여기서 제2 베이스 투명 전극의 일함수보다 낮은 일함수를 가지는 산화 금속층이 제2 베이스 투명 전극의 일면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.Wherein a metal oxide layer having a work function lower than the work function of the second base transparent electrode is formed on one surface of the second base transparent electrode.
여기서 제1 베이스 투명 전극의 일함수보다 높은 일함수를 가지는 산화 금속층이 제1 베이스 투명 전극의 일면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.Wherein a metal oxide layer having a work function higher than the work function of the first base transparent electrode is formed on one surface of the first base transparent electrode.
바람직하게, 제1 베이스 투명 전극과 제2 베이스 투명 전극 소자는 서로 동일한 투명 전극 재료인 것을 특징으로 한다. Preferably, the first base transparent electrode and the second base transparent electrode are the same transparent electrode material.
본 발명에 따른 전극 소자 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 다양한 효과를 가진다.The electrode device according to the present invention and its manufacturing method have various effects as follows.
첫째, 본 발명에 따른 전극 소자는 투명 전극의 일함수 값을 제어함으로써, 투명 전극을 양극뿐만 아니라 음극으로도 사용할 수 있다.First, by controlling the work function value of the transparent electrode, the electrode device according to the present invention can use the transparent electrode as a cathode as well as an anode.
둘째, 본 발명에 따른 전극 소자는 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)으로 투명 전극의 표면에 일함수 조절막을 형성함으로써, 일함수 조절막의 두께를 정확하게 제어 가능하며 일함수 조절막을 균일한 조성비로 형성할 있다.Second, the electrode device according to the present invention can form a work function adjusting film on the surface of a transparent electrode by an atomic layer deposition (ALD) method, thereby enabling to precisely control the thickness of the work function adjusting film, .
셋째, 본 발명에 따른 전극 소자는 투명 전극의 표면 일함수 값을 제어함으로써, 동일한 투명 전극 재료를 동시에 사용하여 양극 투명 전극과 음극 투명 전극으로 각각 제조할 수 있다. Third, the electrode device according to the present invention can be manufactured as a cathode transparent electrode and a cathode transparent electrode by simultaneously using the same transparent electrode material by controlling the surface work function value of the transparent electrode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극의 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원자층 증착 장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 투명 전극의 일함수 조절막의 형성 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 서로 다른 두께로 형성된 산화알루미늄의 일함수 조절막을 구비하는 ITO 베이스 투명 전극의 일함수 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 서로 다른 두께로 형성된 산화알루미늄의 일함수 조절막을 구비하는 ITO 베이스 투명 전극의 면저항을 나타낸 그래프이다.
도 6은 서로 다른 두께로 형성된 산화알루미늄의 일함수 조절막을 구비하는 ITO 베이스 투명 전극의 광투과도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 투명 전극을 이용한 전자 소자 중 유기 태양전지 구성의 일 예를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 투명 전극을 이용한 전자 소자 중 유기 태양전지 구성의 다른 예를 도시하고 있다.1 is a cross-sectional view of a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an example of a process of forming a work function controlling film of a transparent electrode according to the present invention.
4 is a graph showing work function values of an ITO base transparent electrode having a work function adjusting film of aluminum oxide formed at different thicknesses.
5 is a graph showing sheet resistance of an ITO base transparent electrode having a work function adjusting film of aluminum oxide formed to have different thicknesses.
6 is a graph showing light transmittance of an ITO base transparent electrode having a work function adjusting film of aluminum oxide formed to have a different thickness.
FIG. 7 illustrates an example of the structure of an organic solar cell among electronic devices using the transparent electrode according to the present invention.
FIG. 8 shows another example of the structure of an organic solar cell among electronic devices using a transparent electrode according to the present invention.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 투명 전극 및 이의 제조방법에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
Hereinafter, a transparent electrode according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극의 단면도를 도시하고 있다.1 is a cross-sectional view of a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 투명 전극(10)은 베이스 투명 전극(11)과 베이스 투명 전극(11)의 상면에 형성되어 있는 일함수 조절막(13)을 구비하여 구성되어 있다.1, the
베이스 투명 전극(11)은 ITO, 고분자 투명전극, CNT(Carbon Nanotube), 그래핀과 같은 높은 광투과율과 전기전도성을 가지는 물질이며, 일함수 조절막(13)은 산화 금속층이다. 바람직하게, 일함수 조절막(13)은 산화 알루미늄(Al2O3)인 것을 특징으로 한다. The base
여기서 일함수 조절막(13)은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 베이스 투명 전극(11)의 상면에 산화 금속층을 단분자막(monolayer) 레벨로 적층하여 형성된다. 바람직하게, 일함수 조절막(13)은 베이스 투명 전극(11)의 상면에 산화 금속층을 1 내지 18 개의 단분자막 레벨로 적층하여 형성되거나, 베이스 투명 전극(11)의 상면에 산화 금속층을 3nm 이하에서 조절하여 형성된다.Here, the work
본 발명의 일실시예에서 베이스 투명 전극(11)은 높은 표면 일함수 값을 가지는 투명 전극 재료로 형성되며, 일함수 조절막(13)은 베이스 투명 전극(11)보다 낮은 표면 일함수 값을 가지는 산화 금속으로 형성된다. 일함수 조절막(13)은 베이스 투명 전극(11)의 상면에 형성되어 베이스 투명 전극(11)의 표면 일함수 값을 제어하는데, 베이스 투명 전극(11)의 표면 일함수 값보다 낮은 표면 일함수 값을 가지는 산화 금속층을 베이스 투명 전극(11)의 상면에 형성하여 베이스 투명 전극(11)이 전자를 주입하는 음극 투명 전극으로 동작하도록 한다.In one embodiment of the present invention, the base
그러나 본 발명이 적용되는 분야에 따라 일함수 조절막(13)은 베이스 투명 전극(11)보다 높은 표면 일함수 값을 가지는 산화 금속층으로 형성될 수 있다. 이와 같이 일함수 조절막(13)을 베이스 투명 전극(11)보다 높은 표면 일함수 값을 가지는 산화 금속층으로 형성하는 경우, 동일한 투명 전극 재료로 음극 투명 전극과 양극 투명 전극을 각각 형성할 수 있다. 예를 들어, ITO로 이루어진 제1 베이스 투명 전극과 제2 베이스 투명 전극 중 제1 베이스 투명 전극에만 높은 표면 일함수 값을 가지는 산화 금속층으로 일함수 조절막을 형성하는 경우, 제1 베이스 투명 전극은 양극 투명 전극으로 이용할 수 있으며 제2 베이스 투명 전극은 음극 투명 전극으로 이용할 수 있다.
However, depending on the field to which the present invention is applied, the work
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원자층 증착 장비를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view illustrating an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고로 살펴보면, 원자층 증착 장비(100)는 챔버(101), 챔버(101)의 내부 압력을 제어하기 위한 진공 펌프(130), 진공 펌프(130)와 대향되도록 위치하며, 챔버(101) 내부로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단(140), 챔버(101) 내부의 불활성된 반응 기체를 배기시키는 배기 수단(150) 및 진공 펌프(130)와 가스 공급 수단(140) 사이에 위치하며, 가열 수단(미도시)이 내장된 기판 홀더(110)를 포함한다.2, the atomic
기판 홀더(110)는 금속 산화층을 증착하기 위한 베이스 투명전극(S)을 안착시키며, 베이스 투명전극(S)을 가열하여 반응 가스의 화학 반응이 용이하게 일어나도록 하기 위한 것으로, 베이스 투명전극(S)을 가열하기 위한 가열 수단(미도시)이 내장된다.The
기판 홀더(110)에 안착되어 있는 베이스 투명 전극(S)을 일정 온도, 예를 들어 150도로 가열한 상태에서 베이스 투명 전극(S) 상에 증착하기 위한 금속 물질을 포함하는 제 1 반응 가스 및 제 1 반응 가스와 화학 반응하여 베이스 투명 전극(S) 상에 산화 금속층을 형성하기 위한 제 2 반응 가스를 가스 공급 수단(140)을 통해 챔버(101) 내부로 순차 공급한다. 여기서 가스 공급 수단(140)은 제1 반응 가스를 챔버(101) 내부로 공급하는 제1 공급배관(141)과 제2 반응 가스를 챔버(101) 내부로 공급하는 제2 공급배관(143)을 구비하고 있다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 가스 공급 수단(140)은 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 순차적으로 공급하는 1개의 공급배관을 구비할 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.A first reaction gas containing a metal material for depositing the base transparent electrode S deposited on the
제1 공급배관(141)과 제2 공급배관(143)을 통해 순차적으로 챔버(101) 내부로 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 공급하는 경우, 베이스 투명 전극(S) 상에서 제 1 반응 가스와 제 2 반응 가스가 화학 반응을 일으키며 베이스 투명 전극(S) 상에 산화 금속층이 균일한 조성비를 가지며 단분자막 레벨로 형성되는 것이다. When the first reaction gas and the second reaction gas are sequentially supplied into the
제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 베이스 투명 전극(S) 표면이 아닌 챔버(101) 내부에서 화학 반응을 일으켜 불순 입자를 형성하는 것을 방지하기 위하여, 제1 반응 가스 또는 제2 반응 가스가 공급되기 전 챔버(101) 내부의 불활성 기체를 충분히 제거하는 것이 바람직하다. 배기 수단(150)은 제2 공급배관(143)에 의해 제2 반응 가스를 챔버(101) 내부로 공급하기 전, 챔버(101) 내부에 남아 있는 제1 반응 가스의 불활성 기체를 제거한다.In order to prevent the first reaction gas and the second reaction gas from forming a chemical reaction inside the
진공 펌프(130)는 챔버(101)의 내부 압력을 제어하기 위한 것으로, 산화 금속층의 증착을 용이하게 수행하기 위하여, 각 반응 가스의 유입 초기에는 내부 압력을 0.2 Torr로 유지하고, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 반응하여 산화 금속층을 형성시에는 대략 1 내지 5 Torr로 유지하는 것이 바람직하다.
The
도 3은 본 발명에 따른 투명 전극의 형성 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an example of a process of forming a transparent electrode according to the present invention.
먼저, 도 3(a)를 참고로 살펴보면 깨끗하게 표면 세척된 ITO의 베이스 투명 기판(S)을 챔버의 기판 홀더에 장착한 후, 기판홀더의 가열수단을 이용하여 베이스 투명 기판(S)을 150도로 가열한다. 가스공급수단을 이용하여 챔버 내부로 수증기(H20)를 질소 가스를 매개체로 하여 분사시킨다 수증기는 베이스 투명 기판의 표면에 OH 분자를 형성한다.3 (a), a base transparent substrate S of ITO cleanly cleaned is attached to a substrate holder of a chamber, and then the base transparent substrate S is heated to 150 degrees Heat it. The water vapor (H 2 O) is injected into the chamber using nitrogen gas as a medium by using the gas supply means. The water vapor forms OH molecules on the surface of the base transparent substrate.
다음으로, 도 3(b)를 참고로 살펴보면 OH분자가 베이스 투명 기판(S)의 표면에 형성되고, 챔버 내부에 남겨진 불활성 수증기 질소 가스를 배기 수단을 이용하여 챔버 외부로 배기한다. 베이스 투명 기판의 온도를 150도로 유지하며 가스공급수단을 이용하여 알루미늄 소스인 TMA(Tri-methyl aluminum) 가스를 챔버 내부로 공급한다. TMA 가스가 공급되는 경우 베이스 투명 기판에 형성된 O-H분자의 H분자가 끊어지면서 O-Al 결합을 이루게 된다.Next, referring to FIG. 3 (b), OH molecules are formed on the surface of the base transparent substrate S, and the inert water vapor nitrogen gas left in the chamber is exhausted to the outside of the chamber by using the exhaust means. The temperature of the base transparent substrate is maintained at 150 degrees, and TMA (Tri-methyl aluminum) gas, which is an aluminum source, is supplied into the chamber by using a gas supply means. When the TMA gas is supplied, the H molecules of the O-H molecules formed on the base transparent substrate are broken to form O-Al bonds.
다음으로, 도 3(c)와 도 3(d)를 참고로 살펴보면 챔버 내부에 남겨진 불활성 가스(TMA 가스, CH4)를 배기 수단을 이용하여 챔버 외부로 배기한 후, 다시 가스공급수단을 이용하여 챔버 내부로 수증기(H20)를 질소 가스를 매개체로 하여 분사시킨다. Al분자에 결합된 CH3분자는 OH 분자로 치환된다. 도 3(a) 내지 도 3(d)의 과정을 거쳐면서 베이스 투명 전극(S)에 산화알루이늄(Al2O3)이 1개의 단분자막으로 형성된다. 1개의 단분자막이 형성되는 과정을 1사이클(cycle)이라 언급한다.Next, referring to FIGS. 3 (c) and 3 (d), inert gas (TMA gas, CH 4 ) remaining in the chamber is exhausted to the outside of the chamber using exhaust means, And water vapor (H 2 O) is injected into the chamber using nitrogen gas as a medium. CH 3 molecules bound to Al molecules are substituted with OH molecules. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed as one monomolecular film on the base transparent electrode (S) through the processes of FIGS. 3 (a) to 3 (d). The process in which one monolayer film is formed is referred to as a cycle.
도 3(e)를 참고로 살펴보면, 도 3(a) 내지 도 3(d)의 과정을 반복함으로써 베이스 투명 전극(S)의 상면에 원하는 수의 산화알루미늄 단분자막을 정확하게 형성할 수 있다. 또한 본 발명에서 제1 반응가스와 제2 반응가스를 순차적으로 공급하며 산화알루미늄으로 일함수 조절막을 형성함으로써, 불균일한 조성비를 가지는 산화알루미늄(AlOx)이 형성되는 되는 것이 아니라 균일한 조성비를 가지는 산화알루미늄(Al2O3)으로 일함수 조절막을 형성할 수 있다.
Referring to FIG. 3E, a desired number of aluminum oxide monocrystalline films can be precisely formed on the upper surface of the base transparent electrode S by repeating the processes of FIGS. 3 (a) to 3 (d). In the present invention, aluminum oxide (AlO x ) having a non-uniform composition ratio is formed by sequentially supplying the first reaction gas and the second reaction gas and forming a work function adjusting film with aluminum oxide, And a work function adjusting film can be formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
도 4는 서로 다른 두께로 형성된 산화알루미늄의 일함수 조절막을 구비하는 ITO 베이스 투명 전극의 일함수 값을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing work function values of an ITO base transparent electrode having a work function adjusting film of aluminum oxide formed at different thicknesses.
도 4를 참고로 살펴보면, ITO 베이스 투명 전극의 일함수 값은 산화알루미늄의 일함수 조절막 두께를 1 내지 18 단분자막 레벨로 증가 형성함에 따라 일함수 값이 4.2eV에서 3.5eV로 감속함을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4, it can be seen that the work function value of the ITO base transparent electrode is decreased from 4.2 eV to 3.5 eV as the work function adjustment film thickness of aluminum oxide is increased to 1 to 18 monomolecular film level have.
도 5는 서로 다른 두께로 형성된 산화알루미늄의 일함수 조절막을 구비하는 ITO 베이스 투명 전극의 면저항을 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing sheet resistance of an ITO base transparent electrode having a work function adjusting film of aluminum oxide formed to have different thicknesses.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, ITO 베이스 투명 전극에 산화알루미늄의 일함수 조절막 두께를 1 내지 18 단분자막 레벨까지 증가 형성하더라도, ITO 베이스 투명 전극의 면저항은 크게 변화지 않음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 5, the sheet resistance of the ITO base transparent electrode does not change much even if the work function adjusting film thickness of the aluminum oxide is increased to the level of 1 to 18 monomolecular film on the ITO base transparent electrode.
도 6은 서로 다른 두께로 형성된 산화알루미늄의 일함수 조절막을 구비하는 ITO 베이스 투명 전극의 광투과도를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing light transmittance of an ITO base transparent electrode having a work function adjusting film of aluminum oxide formed to have a different thickness.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, ITO 베이스 투명 전극에 산화알루미늄의 일함수 조절막 두께를 1 내지 18 단분자막 레벨까지 증가 형성하더라도, 가시광선 대역에서 광투과도가 거의 변하지않음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 6, even when the work function adjusting film thickness of the aluminum oxide is increased to 1 to 18 monomolecular film level on the ITO base transparent electrode, the light transmittance is hardly changed in the visible light band.
도 7은 본 발명에 따른 투명 전극을 이용한 전자 소자 중 유기 태양전지 구성의 일 예를 도시하고 있다.FIG. 7 illustrates an example of the structure of an organic solar cell among electronic devices using the transparent electrode according to the present invention.
도 7을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 유기 태양전지(200)는 제1 기판(210) 위에 형성된 음극 투명전극(220), 음극 투명전극(220)의 상면에 형성되어 있는 전자받게층(230, Electron acceptor), 전자받게층(230)의 상면에 형성되어 있는 전자주게층(240, Electron donor), 전자주게층(240)의 상면에 형성되어 있는 양극 투명전극(250) 및 양극 투명전극(250)의 상면에 형성되어 있는 제2 기판(260)을 구비하고 있다. 한편, 음극 투명전극(220)은 베이스 투명전극(221)과 베이스 투명전극(221)의 상면에 원자층 증착 방식으로 산화 금속층을 단분자막 레벨로 증착한 일함수 조절막(223)이 형성되어 있다.7, the organic
여기서 베이스 투명전극(221)과 양극 투명전극(250)는 서로 동일한 투명전극 재료로 구성되는데, 베이스 투명전극(221)의 상면에 베이스 투명전극(221)의 일함수 값을 낮추는, 베이스 투명전극(221)보다 낮은 일함수를 가지는 산화 금속층을 단분자막 레벨로 증착하여 일함수 조절막을 형성함으로써, 동일한 투명전극 재료로 양극 투명전극과 음극 투명전극으로 동시에 사용할 수 있다.
The base
도 8은 본 발명에 따른 투명 전극을 이용한 전자 소자 중 유기 태양전지 구성의 다른 예를 도시하고 있다.FIG. 8 shows another example of the structure of an organic solar cell among electronic devices using a transparent electrode according to the present invention.
도 8을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 유기 태양전지(300)는 제1 기판(310) 위에 형성된 음극 투명전극(320), 음극 투명전극(320)의 상면에 형성되어 있는 전자받게층(330, Electron acceptor), 전자받게층(330)의 상면에 형성되어 있는 전자주게층(340, Electron donor), 전자주게층(340)의 상면에 형성되어 있는 양극 투명전극(350) 및 양극 투명전극(350)의 상면에 형성되어 있는 제2 기판(360)을 구비하고 있다. 한편, 양극 투명전극(350)은 베이스 투명전극(351)과 베이스 투명전극(351)의 하면에 원자층 증착 방식으로 산화 금속층을 단분자막 레벨로 증착한 일함수 조절막(353)이 형성되어 있다.8, the organic
여기서 베이스 투명전극(351)과 양극 투명전극(320)는 서로 동일한 투명전극 재료로 구성되는데, 베이스 투명전극(351)의 하면에 베이스 투명전극(351)의 일함수 값을 높이는, 베이스 투명전극(351)보다 높은 일함수를 가지는 산화 금속층을 단분자막 레벨로 증착하여 일함수 조절막을 형성함으로써, 동일한 투명전극 재료로 양극 투명전극과 음극 투명전극으로 동시에 사용할 수 있다.
The base
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 투명전극 재료를 이용한 투명전극으로 설명하였으나, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 금, 은, 구리 등과 같이 투명하지 않은 금속전극에도 일함수 조절막을 형성하여 금속전극의 일함수 값을 제어함으로써, 금속전극을 양극전극 또는 음극전극으로 사용 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. For example, although a transparent electrode using a transparent electrode material has been described, according to the present invention, a work function adjusting film may be formed on a non-transparent metal electrode such as gold, silver, or copper to control the work function value of the metal electrode Whereby the metal electrode can be used as the anode electrode or the cathode electrode. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 전극 소자
11: 베이스 투명 전극 13: 일함수 조절막
100: 원자층 증착 장치
101: 챔버 110: 기판홀더
130: 진공펌프 140: 가스공급수단
150: 배기수단
200, 300: 유기태양전지
210, 310: 제1 기판
220, 320: 음극 투명 전극
230, 330: 전자받게층
240, 340: 전자주게층
250, 350: 양극 투명 전극10: electrode element
11: base transparent electrode 13: work function adjusting film
100: atomic layer deposition apparatus
101: chamber 110: substrate holder
130: Vacuum pump 140: Gas supply means
150: exhaust means
200, 300: organic solar cell
210 and 310: a first substrate
220, 320: Cathode transparent electrode
230, 330: electron receiving layer
240, 340: Electron confinement layer
250, 350: Positive electrode
Claims (17)
베이스 전극의 일면에 상기 베이스 전극의 일함수와 상이한 일함수를 가지는 산화 금속층을 적층하여 상기 베이스 전극의 일함수를 조절하는 일함수 조절막을 형성하며,
상기 일함수 조절막은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 상기 베이스 전극의 일면에 상기 산화 금속층을 단분자막(monolayer) 레벨로 적층하여 형성되며,
상기 일함수 조절막 형성 과정은,
(a) 베이스 투명 전극을 챔버 내부에 투입하여 가열하는 단계;
(b) 상기 챔버 내부로부터 불활성 가스를 제거하는 단계;
(c) 상기 챔버 내부에 금속 물질을 포함하는 제 1 반응 가스를 공급하여 상기 베이스 투명 전극에 대한 1차 화학 반응을 발생시키는 단계;
(d) 상기 (c)단계 이후, 상기 챔버 내부에 남겨진 불활성 가스를 제거하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계 이후, 상기 챔버 내부에 제 2 반응 가스를 공급하는 단계
를 포함하고, 상기 (e)단계에서 상기 제 2 반응 가스가 상기 제 1 반응 가스와 화학 반응하여 상기 베이스 투명 전극에 단분자막 레벨의 산화 금속층이 형성되고,
상기 (b)단계 내지 (e)단계를 하나의 사이클로 하여 적어도 1회 이상 반복 수행하며,
상기 베이스 투명 전극은 ITO 기판이 적용되고,
상기 제 1 반응 가스는 알루미늄 소스인 TMA(Tri-methyl aluminum) 가스가 적용되며,
상기 제 2 반응 가스는 질소 가스를 매개체로한 수증기로 적용되어
상기 단분자막 레벨의 산화 금속층이 산화알루미늄(Al2O3)으로 형성되며,
상기 일함수 조절막은 상기 베이스 전극의 일면에 1 내지 18 개의 단분자막을 적층하여 형성되고, 상기 베이스 전극의 일면에 상기 산화 금속층을 3nm 이하에서 조절하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 소자의 제조 방법.
In the method of manufacturing an electrode element,
Forming a work function adjusting film for adjusting a work function of the base electrode by laminating a metal oxide layer having a work function different from the work function of the base electrode on one surface of the base electrode,
The work function adjusting film is formed by laminating the metal oxide layer on a monolayer level on one side of the base electrode using atomic layer deposition,
The work function control film forming process includes:
(a) charging a base transparent electrode into a chamber and heating the base transparent electrode;
(b) removing inert gas from the interior of the chamber;
(c) supplying a first reaction gas containing a metal material into the chamber to generate a primary chemical reaction with the base transparent electrode;
(d) removing the inert gas remaining in the chamber after the step (c); And
(e) after the step (d), supplying a second reaction gas into the chamber
Wherein the second reaction gas chemically reacts with the first reaction gas in the step (e) to form a metal oxide layer having a monomolecular film level on the base transparent electrode,
Repeating the steps (b) and (e) at least once or more in one cycle,
An ITO substrate is applied to the base transparent electrode,
The first reaction gas is a tri-methyl aluminum (TMA) gas, which is an aluminum source,
The second reaction gas is applied as water vapor using nitrogen gas as a medium
The metal oxide layer at the monomolecular film level is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 )
Wherein the work function adjusting film is formed by laminating 1 to 18 monomolecular films on one surface of the base electrode and adjusting the metal oxide layer to 3 nm or less on one surface of the base electrode.
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