KR101661397B1 - 이중 전자 차단층을 구비한 유기 광다이오드 - Google Patents

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Abstract

유기 광다이오드를 구비한 영상 센서를 형성하는 실시예가 제공된다. 유기 광다이오드는 암전류를 감소시키기 위해 유기 광다이오드의 아노드 다음에 형성된 이중 전자-차단층을 사용한다. 이중 전자-차단층을 사용함으로써, 이웃한 아노드층 및 유기 전자-차단층을 위한 최고준위 점유 분자 궤도(HOMO)의 값은 좋은 성능을 구비한 광다이오드를 형성하기 위해 이중 전자-차단층들 중 하나에 의해 정합된다. 이중 전자-차단층의 최저준위 점유 분자 궤도(LOMO)의 값은 암전류를 감소시키기 위해 이웃한 아노드층 보다 낮도록 선택된다.

Description

이중 전자 차단층을 구비한 유기 광다이오드{ORGANIC PHOTODIODE WITH DUAL ELECTRON BLOCKING LAYERS}
이 출원은 발명의 명칭이 "유기 광다이오드(photodiode)를 구비한 영상 센서 및 이를 형성하기 위한 방법"인 미국 특허출원 호(대리인 보관번호 TSMC2013-0286) 및 출원된 발명의 명칭이 "전자-차단 및 정공-수송층을 구비한 유기 감광(photosensitive) 디바이스"인 미국 특허출원 호(대리인 보관번호 TSMC2013-0288)에 관한 것이다. 위에 언급한 두 특허출원은 그 전체가 여기에 참조인용되었다. 이 출원 및 위에 언급한 두 특허출원은 동일한 날짜에 출원되었다.
전방측 조사(front side illumination)(FSI) 영상 센서 칩 및 후방측 조사(backside illumination)(BSI) 영상 센서 칩을 포함하는 영상 센서 칩이 카메라와 같은 용도로 널리 사용되고 있다. 영상 센서 칩의 형성에 있어서, 웨이퍼의 전방측상에 상호연결 구조물의 형성에 이어, 영상 센서(광 다이오드와 같은) 및 논리 회로가 실리콘 기판(또는 웨이퍼)상에 형성된다. 전방측 영상 센서 칩에 있어서, 컬러 필터 및 마이크로-렌즈가 상호연결기 구조물 위에 형성된다. BSI 영상 센서 칩의 형성에 있어서, 상호연결 구조물의 형성 후, 웨이퍼가 시닝(thinning)되며, 또한 컬러 필터 및 마이크로-렌즈와 같은 후방측 구조물이 실리콘 기판의 후방측상에 형성된다. 영상 센서 칩이 사용될 때, 광이 영상 센서상에 투사되며, 거기에서 광이 전기 신호로 변환된다.
영상 센서 칩의 영상 센서는 광자(photon)의 자극에 응답하여 전기 신호를 발생시킨다. 감광 디바이스의 양자 효과(quantum efficiency)(QE)는 전하 캐리어를 생산하는 디바이스의 광반응(photoreactive) 표면을 타격하는 광자의 백분율을 측정한다. 영상 센서는 암전류(dark current)로 고통받을 수 있다. 높은 QE 및 낮은 암전류를 갖는 감광 디바이스가 바람직하다.
실시예 및 그 장점의 더욱 완전한 이해를 위해, 이제 첨부한 도면과 함께 취해진 하기의 설명이 참조된다.
도 1은 일부 실시예에 따른 영상 센서의 평면도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 도 1의 영상 센서의 횡단면도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 광다이오드의 횡단면도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 도 3의 광다이오드에서 다양한 층들의 일 함수(work function) 및 대역도(band diagram)의 그래프이다.
도 5는 일부 실시예에서 도 3에서 위에 서술된 바와 유사한 유기 광다이오드를 위한 다양한 전자-차단층(들)의 성능 데이터의 표이다.
하기의 서술은 다양한 실시예의 상이한 특징을 실시하기 위해 많은 상이한 실시예 또는 예를 제공하는 것을 인식해야 한다. 이 서술을 간단하기 위해 부품 및 장치의 특정한 예가 아래에 서술된다. 물론, 이들은 단순히 예에 불과하며 또한 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 게다가, 이 서술은 다양한 실시예에서 도면부호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 간단함 및 명확함을 위한 것이며 또한 그 자체가 다양한 실시예들 및/또는 논의된 구성들 사이의 관련성을 나타내지 않는다. 더욱이, 이어지는 서술에 있어서 제2 특징부상에 또는 그 위에 제 1 특징부의 형성은 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있으며, 또한 추가적인 특징부가 제1 및 제2 특징부들 사이에 개재하여 형성될 수 있어서 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하지 않을 수 있는 실시예를 포함할 수도 있다.
도 1에 있어서, 영상 센서(50)는 일부 실시예에 따라 픽셀(100), 예를 들어 전방측 조사된(또는 전방-조사된) 픽셀의 격자(grid)를 제공한다. 적어도 이 실시예에 있어서, 픽셀(100)은 다이오드상의 광의 세기 또는 휘도(brightness)를 기록하기 위한 감광 다이오드 또는 광다이오드이다. 일부 실시예에 있어서, 픽셀(100)의 최소 폭은 약 0.75 ㎛ 로부터 약 1.4 ㎛ 까지의 범위에 있다. 픽셀(100)은 리셋 트랜지스터, 소스 폴로어(follower) 트랜지스터, 및 트랜스퍼 폴로어 트랜지스터, 등을 포함할 수 있다. 영상 센서(50)는 전하-결합된 디바이스(CCD), 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 영상 센서(CIS), 능동-픽셀 센서(ACP), 또는 수동-픽셀 센서를 포함하여, 상이한 타입의 다양한 센서를 가질 수 있다. 최근, 유기 반도체 물질(비-실리콘 기반 물질)로 제조된 영상 센서와 같은 유기 광검출기(광의 센서)가 낮은 제조 비용으로 인해 개발 및 사용되고 있다. 이런 유기 반도체 물질은 CMOS 프로세스 기술로 용이하게 집적될 수도 있다. 추가적인 디바이스 및 회로망(circuitry)은 픽셀을 위한 작동 환경을 제공하기 위해 또한 픽셀과의 외부 통신을 지지하기 위해 전형적으로 픽셀(100)의 격자에 인접하여 제공된다. 추가적인 디바이스 및 회로망이 CMOS 프로세스 기술에 의해 제조된다. 그 결과로서, CMOS 프로세스 기술을 갖는 유기 광검출기를 사용하는 영상 센서는 하이브리드 CMOS 영상 센서로 지칭된다.
위에 언급한 바와 같이, 유기 반도체 물질은 낮은 제조 비용으로 인해 매력적이다. 그러나, 유기 반도체 물질을 사용하는 현존의 영상 센서는 낮은 양자 효과(QE) 또는 높은 암전류를 갖는다. 그 결과로서, 높은 QE 및 낮은 암전류를 갖는 유기 반도체 물질을 사용하는 영상 센서가 요망되고 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 영상 센서(50)의 횡단면도이다. 센서(50)는 일부 실시예에 따라 실리콘 기판(110)을 포함한다. 대안적으로, 기판(110)은 실리콘, 게르마늄, 및 다이아몬드와 같은 기본적인 반도체를 포함할 수 있다. 기판(110)은 실리콘 탄화물, 갈륨 비소, 인듐 비화물(arsenide), 및 인듐 인화물(phosphide)과 같은 화합물 반도체를 포함할 수도 있다. 또한, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator) 및/또는 에피택셜 층과 같은 반도체 장치가 제공될 수 있다. 기판(110)은 실리콘 게르마늄, 실리콘 게르마늄 탄화물, 갈륨 비소 인화물, 및 갈륨 인듐 인화물과 같은 합금 반도체를 포함할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 기판(110)은 P-타입 실리콘을 포함한다. 여러 단계에서 이온 주입 또는 확산과 같은 프로세스를 사용하여 모든 도핑이 실시될 수 있다. 기판(110)은 포함할 수 있다.
센서(50)는 반도체 기판(110)의 전방 표면상에 형성된 100R, 100G, 및 100B 와 같은 복수의 픽셀을 포함한다. 예로서, 도 2에 도시된 픽셀은 적색, 녹색, 및 청색의 광 파장에 각각 대응하도록 100R, 100G, 및 100B 로 추가로 표시(label)된다.
센서(50)는 상호연결 구조물(126)을 추가로 포함하며, 이것은 제1 금속층(120) 및 제2 금속층(122)과 같은 층, 및 접점/바이어스(119, 121, 123)를 포함한다. 또한, 상호연결 구조물(126)은 층간 유전체(inter-level dielectric)(ILD)(124)를 포함한다. 금속층 및 바이어스는 단일의 또는 이중의 다마신(damascene) 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 이들이 이중 다마신 프로세스에 의해 형성된다면, 층(122)과 같은 금속층 및 바이어스(121)와 같은 대응하는 바이어스가 도금 프로세스와 같은 침착(deposition) 프로세스에 의해 형성된다. 접점(119)은 제1 금속층(120)을 디바이스 구조물(115)에 연결한다. 도 2는 접점(119)이 디바이스(115)의 소스/드레인 지역(114)에 연결되는 것을 도시하고 있다. 그러나, 접점(119)은 게이트 구조물(113)에도 연결될 수 있다. 바이어스(123)는 상호연결 구조물(126)을 픽셀 전극층(170)에 연결하며, 이것이 픽셀(100)의 일부이다. 상이한 픽셀(100)의 디바이스(115)는 얕은 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation)(STI) 구조물과 같은 아이솔레이션 구조물에 의해 분리된다.
ILD(124)는 유전체 필름의 다수의 층을 포함하며, 이것은 실리콘 이산화물의 유전 상수에 비해 하나 이상의 로우-k 물질을 포함할 수 있다. ILD(124)는 탄소-기반 실리콘 산화물, 플루오린-기반 실리콘 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 유기 로우-k 물질, 또는 그 조합물로 제조될 수 있다. 도면부호 120 및 122 와 같은 금속층의 도전성 물질(들) 및 접점/바이어스(119, 121, 123)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈룸(tantalum), 탄탈룸 질화물, 금속 규소화물, 텅스텐, 또는 그 조합물을 포함할 수 있다.
또한, 사용된 픽셀(100)의 타입 및 감지된 광의 타입을 취급하기에 적절한 기능성을 제공하기 위해 추가적인 회로망이 존재한다. 숙련자들 중 하나라면 적색, 녹색, 및 정색의 파장이 예로서 제공되었으며, 상이한 파장 범위가 이 서술의 범위 내에 있으며, 또한 픽셀(100)이 광센서(photosensor)로서 광다이오드(135)를 포함하는 것을 이해할 것이다. 광다이오드(135)는 전극층(170) 및 투명한 전극층(177)을 포함한다. 광다이오드(135)는 유기 반도체 물질을 사용한다. 유기 광다이오드(135)를 형성하는데 사용된 물질층의 상세한 내용이 하기에 서술된다.
일부 실시예에 있어서, 인접한 픽셀들(100) 사이에는 광-차단 구조물(125)이 있다. 광-차단 구조물(125)은 이웃한 컬러 필터(160)로부터 광의 전송을 차단하며, 또한 상이한 픽셀들, 예를 들어 100R, 100G, 및 100B 사이의 누화(cross-talk)를 감소시킨다.
센서(50)는 작동 중 반도체 기판(110)의 전방 표면을 향해 지향된 광(150)을 수용하도록 설계되어, 게이트 특징부 및 금속 라인들과 같은 다른 물체에 의한 광 경로에의 방해를 감소시키고, 또한 다른 접근방법에 비해 조사된 광에 대한 광-감지 지역의 노출을 증가시킨다. 광(150)은 가시적인 광 비임에 제한되지 않을 수 있지만, 그러나 적외선(IR), 자외선(UV), 또는 다른 전자기 방사선 파장일 수 있다.
센서(50)는 패시베이션 층(130) 위에 형성된 컬러 필터층(160)을 추가로 포함한다. 패시베이션 층(130)은 160R, 160G, 및 160B 와 같은 컬러 필터 및 마이크로-렌즈(140)의 형성 중 픽셀(100)이 손상되는 것을 방지한다. 일부 실시예에 있어서, 패시베이션 층(130)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산소질화물(oxynitride), 폴리이미드, 폴리벤족사졸(PBO), 또는 벤조사이클로부텐-기반(BCB-기반) 폴리머와 같은 폴리머, 또는 그 조합물과 같은 유전체 물질로 제조된다. 컬러 필터층은 여러개의 상이한 컬러 필터(예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색)를 지지할 수 있으며, 또한 입사광, 예를 들어 광(150)이 그 위로 또한 그것을 통해 지향되도록 위치될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 있어서, 이런 컬러-투명(color-transparent) 층은 폴리머 물질(예를 들어, 아크릴 폴리머에 기초한 네거티브 포토레지스트) 또는 수지로 제조될 수 있다. 또한, 컬러 필터층(160)은 착색 안료(color pigment)를 포함하는 아크릴 폴리머에 기초한 네거티브 포토레지스트로 제조될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 있어서, 컬러 필터(160R, 160G, 160B)는 픽셀(100R, 100G, 100B)에 각각 대응한다.
센서(50)는 컬러 필터(160R, 160G, 160B) 위에 형성된 다수의 마이크로-렌즈(140)를 포함할 수 있다. 마이크로-렌즈(140)는 광(150)을 픽셀(100R, 100G, 100B)을 향해 초점을 맞춘다.
위에 언급한 바와 같이, 높은 QE 및 낮은 암전류를 갖는 유기 반도체 물질을 사용하는 영상 센서는 증가된 적용성을 갖는다. N-타입 및 P-타입 유기 반도체 물질의 혼합물은 벌크 헤테로접합(heterojunction) 광다이오드를 형성하는데 사용될 수 있다. 벌크 헤테로접합 광다이오드는 약 10 나노미터(nm)로부터 약 20 nm 까지의 범위와 같은 짧은 거리에 대해 도너-수용체(doner-acceptor) 상 분리를 나타낸다. N-타입 및 P-타입 유기 반도체 물질의 혼합물은 나노 크기의 상호 침입망(interpenetrating network)을 형성한다. 그 결과로서, 각각의 인터페이스는 흡수 사이트로부터 엑시톤(exciton) 확산 길이 보다 작은 거리 내에 있다. 벌크 헤테로접합 광다이오드는 높은 QE 를 갖는다. 그러나, 벌크 헤테로접합 광다이오드는 높은 암전류로 고통받을 수 있다.
암전류는 이것이 높은 전기장에 의해 소인될 때 광다이오드의 공핍(depletion) 영역 내에서 전자 및 정공의 임의의 발생으로 인한 것이다. 암전류를 감소시키기 위해, 전자-차단층(들)이 아노드 다음에 형성될 수 있으며 및/또는 정공-차단층(들)이 캐소드 다음에 형성될 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 유기 광다이오드(135)의 횡단면도이다. 각각의 광다이오드(135)는 2개의 전극(아노드 및 캐소드)을 갖는다. 광다이오드(135)는 픽셀 전극층(170)을 포함하며, 이것은 도전성 물질로 제조되며 또한 도 2에 도시된 바와 같이 상호연결 구조물(126) 위에 형성된다. 전극층(170)은 픽셀(100)의 광다이오드의 아노드를 형성한다. 전극층(170)의 일 함수는 일부 실시예에서 약 4.5 eV 로부터 약 5.4 eV 까지의 범위에 있다. 전극층(170)은 TiN, Au, Ag, Pt, 또는 다른 적용 가능한 도전성 물질로 제조될 수 있다. 전극층(170)의 두께는 일부 실시예에서 약 50 nm 로부터 약 150 nm 까지의 범위에 있다. 일부 실시예에 있어서, 전극층(170)은 물리적 증착(PVD)에 의해 침착된다. 그러나, 도금, 화학 증착(CVD), 또는 원자층 증착(ALD)과 같은 다른 침착 방법이 사용될 수도 있다.
위에 서술한 바와 같이, 암전류를 감소시키기 위해, 전자-차단층이 아노드 다음에 형성될 수 있다. 단일의 전자-차단층 대신에, 이중 전자-차단층이 암전류 감소라는 목적을 위해 사용된다.
이중 전자-차단층은 제1 전자-차단층(171) 및 제2 전자-차단층(172)을 포함한다. 제1 전자-차단층(171)이 전극층(170) 위에 형성되며, 또한 제2 전자-차단층(172)이 제1 전자-차단층(171) 위에 형성된다. HOMO는 최고준위 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital)(HOMO)로 지칭되며, 또한 LUMO는 최저준위 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital)(LUMO)로 지칭된다. 제1 및 제2 전자-차단층(171, 172)은 작동 중 정공의 수송을 돕는 HOMO 값 및 역 바이어스 하에 전자의 차단을 돕는 LUMO 값을 제공한다. 따라서, 제1 전자 차단층(171) 및 제2 전자 차단층(172)은 정공-수송층으로도 지칭된다. 일부 실시예에 있어서, 전자-차단층(171, 172)의 HOMO 및 LUMO 각각은 HOMO 및 LUMO 값의 범위를 갖는다. 제1 전자-차단층(171)의 HOMO는 전극층(170)의 일 함수에 가깝다. 일부 실시예에 있어서, 제1 전자-차단층(171)의 HOMO는 전극층(170)의 일 함수와 대략 동일하다. 제2 전자-차단층(172)의 HOMO는 정공-수송을 돕기 위해 유기 P-타입 층(173)의 HOMO에 가깝다. 따라서, 제2 전자 차단층(172)도 정공-수송층으로서 작동한다. 유기 P-타입 층(173)이 제2 전자-차단층(172) 위에 형성된다.
두 전자-차단층(171, 172)의 LUMO는 캐소드에 도달하는 전자를 차단하기에는 낮다. 이중 전자-차단층을 갖는 것은, 층(171, 172)의 2개의 HOMO가 광다이오드(135)를 통한 광전류를 증가시키기 위해 이웃하는 전극층(170) 및 유기 P-타입 층(173)의 일 함수에 가까워지는 것을 허용한다.
일부 실시예에 있어서, 제1 전자 차단층(171)의 LUMO는 약 2.2 eV 와 동일하거나 또는 이 보다 크다. 제1 전자 차단층(171)의 LUMO와 전극층(170)의 일 함수 사이의 차이는 제1 전자 차단층(171)이 전자-차단층으로서 기능하기에 충분하다. 일부 실시예에 있어서, 제1 전자 차단층(171)의 LUMO와 전극층(170)의 일 함수 사이의 차이는 약 2 eV 보다 크다(또는 △｜171LUMO - 170WK ｜ > 2 eV). 역 바이어스 하에 전자를 차단하는 제1 전자 차단층(171)의 능력은, 제1 전자 차단층(171)의 LUMO와 전극층(170)의 일 함수 사이의 차이로 증가한다. 일부 실시예에 있어서, 제1 전자 차단층(171)의 LUMO와 전극층(170)의 일 함수 사이의 차이는 약 3 eV 와 동일하거나 또는 이 보다 크다. 위에 언급한 바와 같이, 제2 전자 차단층(172)의 HOMO는 정공-수송의 기능을 제공하기 위해 제2 전자 차단층(172)을 위한 유기 P-타입 층(173)의 HOMO에 가깝다. 일부 실시예에 있어서, 제2 전자 차단층(172)의 HOMO 와 유기 P-타입 층(173)의 HOMO 사이의 차이는 약 0.4 ev 보다 작다(또는 △｜172HOMO - 173HOMO ｜ < 0.4 eV).
제1 전자 차단층(171)의 HOMO는 일부 실시예에 있어서 약 4.5 eV 로부터 약 5.0 eV 까지의 범위에 있다. 위에 언급한 바와 같이, 제1 전자 차단층(171)의 HOMO는 일부 실시예에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 전극층(170)의 일 함수에 가깝다. 일부 실시예에 있어서, 제1 전자-차단층(171)은 비-유기 물질로 제조된다. 제1 전자 차단층(171)은 일부 실시예에서 V2O5 로 제조된다. 그러나, 위에 서술한 바의 범위에서 LUMO 및 HOMO를 갖는 금속 산화물과 같은 다른 비-유기 물질이 사용될 수도 있다. 일부 실시예에 있어서, 제2 전자 차단층(172)의 LUMO는 약 2.2 eV 와 동일하거나 또는 이 보다 크며, 또한 제2 전자 차단층(172)의 HOMO는 약 5.0 eV 로부터 약 5.5 eV 까지의 범위에 있다. 일부 실시예에 있어서, 제2 전자-차단층(172)은 비-유기 물질로 제조된다. 제2 전자 차단층(172)은 일부 실시예에서 MoO3 로 제조된다. 그러나, 위에 서술한 범위에서 LUMO 및 HOMO를 갖는 금속 산화물과 같은 다른 비-유기 물질이 사용될 수도 있다.
제1 전자 차단층(171) 또는 제2 전자 차단층(172)의 두께는 전자-차단 및/또는 정공-수송 기능을 제공하기에 충분히 두껍다. 그러나, 제1 전자 차단층(171) 및 제2 전자 차단층(172)의 각각은 너무 두꺼울 수는 없는데, 그 이유는 더 두꺼운 층이 층의 저항을 증가시키고 또한 광전류를 감소시키기 때문이다. 제1 전자-차단층(171)의 두께는 일부 실시예에서 약 1 nm 로부터 약 30 nm 까지의 범위에 있다. 제2 전자-차단층(172)의 두께는 일부 실시예에서 약 1 nm 로부터 약 30 nm 까지의 범위에 있다.
일부 실시예에 있어서, 제1 전자 차단층(171) 및 제2 전자 차단층(172)은 물리적 증착(PVD)에 의해 침착된다. 그러나, 도금, 화학 증착(CVD), 또는 원자층 원자층 증착(ALD)과 같은 다른 침착 방법이 층(171, 172)을 형성하는데 사용될 수도 있다.
그후, 유기 P-타입 층(173)이 제2 전자-차단층(172) 위에 형성된다. 유기 P-타입 층(173)은 작동 시 정공을 수송하는 기능 및 역 바이어스 상태 하에 전자를 차단하는 기능을 제공한다. 정공을 수송하는 기능을 제공하기 위해, 유기 P-타입 층(173)의 HOMO는 도 4에 도시된 바와 같이 유기 P-타입 층(173) 위에 형성된 유기 활성층(174)의 P-타입 HOMO에 가깝다. 유기 활성층(174)은 많은 비점유 및 점유 분자 궤도를 갖는다. 역 바이어스 하에 전자를 차단하는 기능을 제공하기 위해, P-타입 층(173)의 LUMO는 전극층(170)의 일 함수 값 보다 상당히 낮다. 유기 P-타입 층(173)의 LUMO는 유기 활성층(174)의 N-타입 LUMO와 대략 동일하거나(또는 가깝거나) 또는 이 보다 미세하게 낮다. 유기 P-타입 층(173)의 LUMO 가 유기 활성층(174)의 P-타입 LUMO 보다 낮다면, 이것은 전자를 차단하는 것을 돕는다.
일부 실시예에 있어서, 유기 P-타입 층(173)의 LUMO는 약 2.8 eV 로부터 약 3.2 eV 까지의 범위에 있으며, 또한 유기 P-타입 층(173)의 HOMO는 약 5.0 eV 로부터 약 5.4 eV 까지의 범위에 있다. 일부 실시예에 있어서, 유기 P-타입 층(173)의 대역폭(bandgap)은 약 2 eV 로부터 약 2.4 eV 까지의 범위에 있다. 유기 P-타입 층(173)의 두께는 일부 실시예에서 약 10 nm 로부터 약 50 nm 까지의 범위에 있다.
유기 P-타입 층(173)은 일부 실시예에서 P-타입 공액(conjugated) 폴리머로 제조된다. 공액 폴리머에 적용 가능한 예는 폴리(3-힉실시오펜(hyxylthiophene)](P3HT)과 같은 시오펜-기반 공액 폴리머, 벤조디시오펜-기반 공액 폴리머, 시에노[3,4-c]피롤-4,6-디오네 (TPD)-기반 공액 폴리머, 디케토-피롤-피롤(DPP)-기반 공액 폴리머, 비시아졸 (BTz)-기반 공액 폴리머, 벤조시아디아조(BT)-기반 공액 폴리머, 시에노[3,2-b]시오펜(TT)-기반 공액 폴리머, 또는 그 조합물을 포함한다. 유기 P-타입 층(173)은 P3HT 와 같은 선택된 공액 폴리머(들) 및 톨루엔 및/또는 1,2-디클로로벤젠과 같은 방향족 솔벤트(들)를 혼합함으로써, 또한 그후 혼합물을 상승한 온도로 교반(stir)함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 상승한 온도는 약 60℃ 이다. 그후, 공액 폴리머(들)와 솔벤트(액체 형태)의 혼합물은 노즐에 의한 분사에 의해 제2 전자-차단층(172)의 표면상에 적용된다. 그후, 솔벤트(들)가 증발에 의해 사라진다.
유기 P-타입 층(173)이 형성된 후, 유기 활성층(174)이 유기 P-타입 층(173) 위에 형성된다. 유기 활성층(174)은 벌크 헤테로접합물을 형성하는 물질로 제조된다. 유기 활성층(174)은 벌크 헤테로접합 층을 형성하기 위해 하나 이상의 도너(또는 P-타입) 물질과 그리고 하나 이상의 수용체(또는 N-타입) 물질을 벌크 용적으로 블렌딩함으로써 제조된다. P-N 접합이 유기 활성층(174)에 형성된다. 정공 및 전자는 광, 예를 들어 광(150)을 흡수함으로써 유기 활성층(174)에 발생된다. 도너 물질은 P-타입 공액 폴리머로 제조된다. 벌크 헤테로접합 층[유기 활성층(174)]을 형성하기 위해 복수의 도너 물질 및 수용체 물질을 사용함으로써, 벌크 헤테로접합 층[유기 활성층(174)]이 복수의 HOMO 및 LUMO(N-타입 및 P-타입)를 가질 수 있으며, 이것은 광 흡수를 돕고 또한 광전류를 증가시킨다.
유기 P-타입 층(173)을 위해 위에 서술된 P-타입 공액 폴리머 후보(candidate)는 유기 활성층(174)을 형성하기 위한 도너 물질(들)로서 사용될 수 있다. 수용체 물질은 일부 실시예에서 N-타입 공액 폴리머, 플러렌(fullerene), 또는 플러렌 유도체로 제조된다. 플러렌으로 제조된 물질은 광다이오드에서 수용체로서 가능할 수 있다. 수용체 물질(또는 N-타입 물질)의 예는 C60, C70, 및 [6,6]-페닐 C61 뷰티르산 메틸에스테르(PC61BM) 또는 PC71BM 을 포함하지만, 그러나 이에 제한되지 않는다. C60 및 C70 은 플러렌이며, 또한 PC61BM 및 PC71BM 은 플러렌 유도체이다.
도너 물질, 수용체 물질, 및 톨루엔 및/또는 1,2-디클로로벤젠과 같은 방향족 솔벤트(들)는 일부 실시예에서 함께 혼합되며 또한 그후 상승한 온도로 혼합물을 교반한다. 일부 실시예에 있어서, 상승한 온도는 적어도 약 60℃ 이다. 그후, 공액 폴리머(들)와 솔벤트(액체 형태)의 혼합물이 유기 정공-수송층(173)의 표면상에 적용된다. 일부 실시예에 있어서, 혼합물은 스핀-코팅 또는 잉크-젯 프린팅에 의해 유기 P-타입 층(173)의 표면상에 적용된다. 그후, 솔벤트(들)가 증발에 의해 사라지며, 또한 유기 활성층(174)이 형성된다. 유기 활성층(174)의 두께는 일부 실시예에서 약 100 nm 로부터 약 500 nm 까지의 범위에 있다.
위에 언급한 바와 같이, 벌크 헤테로접합 층[층(174)]은 복수의 HOMO 및 LUMO를 갖는다. 도 4는 일부 실시예에 따라 많은 HOMO 및 LUMO를 갖는 유기 활성층(174)을 도시하고 있다. 유기 P-타입 층(173)의 HOMO는 유기 활성층(174)의 P-타입 HOMO에 가깝다. 유기 P-타입 층(173)의 LUMO는 일부 실시예에 따른 도 4에 도시된 바와 같이, 유기 활성층(174)의 P-타입 LUMO 보다 낮다.
그후, 유기 N-타입 층(175)이 도 3에 도시된 바와 같이 유기 활성층(174) 위에 침착된다. 유기 N-타입 층(175)은 작동 하에 전자를 수송하고 또한 역 바이어스 상태 하에 정공을 차단하는 기능을 제공한다. 전자를 수용하는 기능을 제공하기 위해, 유기 N-타입 층(175)의 LUMO는 도 4에 도시된 바와 같이 유기 활성층(174)의 N-타입 LUMO 에 가깝다. 역 바이어스 하에 정공을 차단하는 기능을 제공하기 위해, 유기 N-타입 층(175)의 HOMO는 전극층(177)(캐소드)의 일 함수 값 보다 상당히 높다. 유기 N-타입 층(175)의 HOMO는 유기층(174)의 N-타입 HOMO에 가깝거나 또는 이 보다 미세하게 높다. 유기 N-타입 층(175)의 HOMO가 유기층(174)의 N-타입 HOMO 보다 높을 때, 유기 N-타입 층(175)은 바이어스 하에 정공을 차단하는 것을 돕는다. 유기 N-타입 층(175)은 전극층(177)(캐소드)으로 전자를 수송하는 것을 돕는다.
유기 전자-수송층(175)은 일부 실시예에서 N-타입 공액 폴리머, 플러렌 화합물, 또는 플러렌 유도체를 포함한다. 유기 활성층(174)을 형성하기 위해 위에 서술된 N-타입 공액 폴리머, 플러렌, 및 플러렌 유도체는 유기 N-타입 층(175)을 형성하는데 사용될 수 있다. 유기 N-타입 층(175)은 정공-전자 쌍을 형성하기 위해 입사광, 예를 들어 광(150)을 유기 활성층(174)으로 보내고 그리고 이를 타격하는 것을 허용하도록 투명하다. 일부 실시예에 있어서, 유기 N-타입 층(175)의 LUMO는 약 3.5 eV 로부터 약 4.5 eV 까지의 범위에 있으며, 또한 유기 N-타입 층(175)의 HOMO는 약 6.0 eV 로부터 약 6.5 eV 까지의 범위에 있다.
유기 N-타입 층(175)의 두께는 일부 실시예에서 약 10 nm 로부터 약 50 nm 까지의 범위에 있다. 유기 N-타입 층(175)은 선택된 공액 폴리머(들), 플러렌, 또는 톨루엔, 및/또는 1,2-디클로로벤젠과 같은 방향족 솔벤트(들)를 갖는 플러렌 유도체를 혼합함으로써, 또한 그 혼합물을 상승한 온도로 교반함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상승한 온도는 적어도 약 60℃ 이다. 그후, 공액 폴리머(들)와 솔벤트(액체 형태)의 혼합물은 노즐에 의한 분사에 의해 유기 활성층(174)의 표면상에 적용된다. 그후, 솔벤트(들)가 증발에 의해 사라진다.
유기 P-타입 층(173) 및 유기 활성층(174) 다음의 유기 N-타입 층(175)이 층들(173, 175)의 인터페이스에서 유기 활성층(174)의 기능을 연장시킨다. 그 결과로서, 층들(173, 175)의 존재가 광다이오드(135)의 광전류를 강화시킨다. 게다가, 유기 P-타입 층(173) 및 유기 N-타입 층(175)도 암전류를 감소시키는 것을 돕는다.
그후, 정공-차단층(176)이 일부 실시예에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 유기 N-타입 층(175) 위에 침착된다. 또한, 정공-차단층(176)은 전자를 전극층(캐소드)(177)으로 수송하는 것을 돕는다. 정공-차단층(176)은 입사광(150)이 투명한 유기 N-타입 층(175)을 통과하여 유기 활성층(174)에 도달하는 것을 허용하도록 투명하다. 일부 실시예에 있어서, 정공-차단층(176)은 LiF, TiO2, ZnO, Ta2O5, ZrO2 와 같은 투명한 물질 또는 그 조합물로 제조된다. 그러나, 정공-차단층(176)에 적합한 물질은 위에 서술한 바에 제한되지 않는다.
일부 실시예에 있어서, 정공-차단층(176)의 LUMO는 약 3.0 eV 로부터 약 4.5 eV 까지의 범위에 있으며, 또한 층(176)의 HOMO는 약 6.0 eV 로부터 약 8.5 eV 까지의 범위에 있다. 정공-차단층(176)의 LUMO는 유기 N-타입 층(175)의 LUMO 에 가까우며, 또한 캐소드[층(177)]로의 전자 수송을 돕도록 전극층(177)의 LUMO 에 가깝다. 정공-차단층(176)의 HOMO는 역 바이어스 상태 하에서 정공-차단의 그 역할을 위해 전극층(캐소드)(177)의 일 함수 보다 상당히 높다. 일부 실시예에 있어서, 정공-차단층(176)의 HOMO 와 전극층(177)의 일 함수 사이의 차이는 약 2 eV 보다 크다(또는 △｜176HOMO - 177WK ｜ > 2 eV). 일부 실시예에 있어서, 정공-차단층(176)의 HOMO 와 전극층(177)의 일 함수 사이의 차이는 약 3 eV 보다 크다.
정공-차단층(176)의 두께는 일부 실시예에서 약 1 nm 로부터 약 30 nm 까지의 범위에 있다. 일부 실시예에 있어서, 정공-차단층(176)은 물리적 증착(PVD)에 의해 침착된다. 그러나, 도금, 화학 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD)과 같은 다른 침착 방법이 정공-차단층(176)을 형성하는데 사용될 수 있다.
정공-차단층(176)이 침착된 후, 투명한 전극층(177)이 정공-차단층(176) 위에 침착된다. 전극층(177)은 광, 예를 들어 광(150)을 통과시키도록 투명하며, 또한 전극으로서 기능하도록 도전성이다. 투명한 전극층(177)의 예는 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO) 등을 포함하지만, 그러나 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에 있어서, 층(177)은 물리적 증착(PVD)에 의해 침착된다. 그러나, 화학 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD)과 같은 다른 침착 프로세스, 또는 다른 적용 가능한 프로세스가 사용될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 전극층(177)의 두께는 약 50 nm 로부터 약 300 nm 까지의 범위에 있다. 일부 실시예에 있어서, 전극층(177)의 일 함수는 약 4.5 eV 로부터 약 5.5 eV 까지의 범위에 있다.
위에 언급한 바와 같이, 광다이오드들(135) 사이에 광-차단 구조물(125)이 있다. 투명한 전극층(177)이 침착된 후, 광다이오드들(135) 사이에 층(170-177)과 같은 물질 층을 제거하기 위해 패터닝(patterning) 프로세스가 실시된다. 패터닝 프로세스는 아이솔레이션 구조물(125)과 연관성이 있는 개구를 갖는 포토레지스트 층(도시되지 않음)을 형성하는 단계, 및 개구 아래의 픽셀(100)의 물질 층을 제거하기 위해 물질 층을 에칭하는 단계를 포함한다. 에칭이 완료된 후, 나머지 포토레지스트 층이 제거된다. 그후, 비-투명한 유전체 물질이 개구를 충전(fill)하도록 또한 광-차단 구조물(125)을 형성하도록 침착된다.
도 5는 일부 실시예에 있어서 도 3의 광다이오드(135)와 유사한 유기 광다이오드를 위한 다양한 전자-차단층(들)의 성능 데이터의 표이다. 제1 전자-차단층(171) 및 제2 전자 차단층(172)을 제외하고, 도 5에 데이터를 발생시키도록 구성된 유기 광다이오드의 다른 층들은 유사하며, 또한 도 3의 서술에서 위에 서술되었다. 4개의 상이한 타입의 전자-차단층이 도 3의 제1 전자-차단층(171) 및 제2 전자-차단층(172) 대신에 사용된다. 전자 차단층의 제1 타입(I)은 폴리스티렌-설폰산(또는 PEDOT:PSS)으로 도핑된 폴리(에틸렌-디옥시시오펜)이며, 이것은 유기 전자-차단층이며 또한 광다이오드를 위한 전자-차단층으로서 사용되었다. 전자 차단층의 제2 타입(Ⅱ)은 10 nm V2O5 층이다. 위에 서술한 바와 같이, V2O5 는 제1 전자 차단층(171)을 위해 사용된다. 그러나, 선택사항(Ⅱ)으로 도 5의 데이터를 위해, 오직 제1 전자-차단층(171)(단일층)이 사용된다. 제2 전자-차단층(172)은 선택사항(Ⅱ)으로 사용되지 않는다. 전자 차단층의 제3타입(Ⅲ)은 10 nm MoO3 층이다. 위에 서술한 바와 같이, MoO3 는 제2 전자 차단층(172)을 위해 사용된다. 그러나, 선택사항(Ⅲ)으로 도 5의 데이터를 위해, 오직 제2 전자-차단층(172)(또한, 단일층)이 사용된다. 제1 전자-차단층(171)은 선택사항(Ⅲ)으로 사용되지 않는다. 전자 차단층의 제4 타입(Ⅳ)은 V2O5 의 10 nm 및 MoO3 의 2 nm 를 갖는 이중 전자-차단층[제1 전자 차단층(171) 및 제2 전자 차단층(172)]을 사용한다.
도 5의 데이터는 이중 전자-차단층을 사용하는 유기 광다이오드의 선택사항(Ⅳ)이 다른 3개의 선택사항에 비해 가장 낮은 암전류 밀도(7.8E-8A/㎠)를 형성하는 것을 나타내고 있다. 암전류 밀도는 역 바이어스 전압 하에서 광다이오드의 전류로서 한정된다. 도 5의 암전류 데이터는 -1V 의 역 바이어스 전압으로 수집된다. 광다이오드의 암전류는 다른 역 바이어스 전압으로 측정될 수도 있다. 이 경우에 있어서, -1V 의 역 바이어스 전압이 상이한 구성을 갖는 광다이오드들을 비교하기 위해 선택된다. 암전류 데이터는 폴리(3,4-에틸렌디옥시시오펜):폴리(스티렌설포네이트)(또는 PEDOS:PSS), V2O5, 또는 MoO3 를 사용하는 단일층 전자-차단층에 비해, 이중 전자-차단층[선택사항(Ⅳ)]이 암전류를 가장 낮은 값으로 감소시키는 것을 나타내고 있다. 이중 전자-차단층을 갖는 광다이오드의 암전류는 다른 3개의 선택사항[선택사항(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)] 보다 크기가 1 내지 2 낮다.
또한, 도 5의 데이터는 이중 전자-차단층[선택사항(Ⅳ)]을 갖는 광다이오드가 다른 3개의 선택사항(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 보다 검출능(detectivity)(D* )을 더 잘 수행하는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 5의 데이터는 이중 전자-차단층[선택사항(Ⅳ)]을 갖는 광다이오드가 광전류 밀도(바이어스= -1V), EQE(외부 양자 효과, λ= 550 nm, 바이어스= -1V), 응답도(responsivity), 및 신호 대 잡음 비율(ρ, ㎠/A, 0V∼-1V)에서 다른 3개의 선택사항(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)과 동등하게 수행하는 것을 나타내고 있다. 또한, 데이터는 이중 전자-차단층[선택사항(Ⅳ)]을 갖는 광다이오드가 다른 3개의 선택사항(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 보다 검출능(detectivity)(D*, λ= 550 nm, 바이어스= -1V)을 더 잘 수행하는 것을 나타내고 있다. 따라서, 이중 전자-차단층을 갖는 광다이오드는 최상의 암전류 결과를 갖는 좋은 광다이오드 특성을 나타낸다.
EQE 는 식(1)에 기재된 바와 같이 전하 캐리어를 생산하는 디바이스의 광반응 표면을 타격하는 외부 광자의 백분율을 측정한다.
EQE = 전자/엑시톤 = 1240×Jph(λ)/λ×Pinc .....(1)
Jph(λ)는 λ 의 파장에서의 광전류이며, 이것은 입사 광자(Pinc)에 의해 발생된다. 도 5의 예에 있어서, λ = 550 nm 이다. 응답도[R(λ)]는 광다이오드가 광전류의 발생 시 어떻게 응답하는지를 측정하며, 또한 식(2)에 따라 계산된다.
R(λ) = Jph(λ)/Pinc = EQE ×λ/1240 ..............(2)
도 5의 예에 있어서, λ = 550 nm 이다. 검출능(D* )은 광자 검출의 효율을 측정하며, 또한 식(3)에 기재된 바와 같이 응답도와 관련되어 있다.
D* = R/(2qJd)1/2 = (Jph/Llight)/(2qJd)1/2 ........... .(3)
R 은 응답도이며, q 는 전자 전하의 절대값(1.6×10-19 쿨롱)이고, Jd 는 암전류이며, Jph 는 광전류이고, 및 Llight 는 광밀도이다.
도 5의 데이터는 이중 전자-차단층을 갖는 유기 광다이오드가 다른 3가지 타입의 전자-차단층을 갖는 유기 광다이오드에 비해 암전류 밀도를 상당히 감소시키고 또한 검출능을 개선시키는 것을 나타내고 있다. 위에 언급한 바와 같이, 낮은 암전류가 광검출기에 유용하다. 약 7.8E-8A/㎠ 의 값을 갖는 암전류 밀도는 비-유기 광다이오드와 등가이며, 이것은 생산을 위해 아노드 다음의 이중 전자-차단층을 사용하는 유기 광다이오드가 실행 가능한 디바이스 선택사항이 되게 한다.
유기 광다이오드를 갖는 영상 센서를 형성하는 실시예가 제공된다. 유기 광다이오드는 암전류를 감소시키기 위해 유기 광다이오드의 아노드 다음에 형성된 이중 전자-차단층을 사용한다. 이중 전자-차단층을 사용함으로써, 이웃한 아노드 층 및 유기 전자-차단층을 위한 최고준위 점유 분자 궤도(HOMO)의 값은 좋은 성능을 갖는 광다이오드를 형성하기 위해 이중 전자-차단층들 중 하나에 정합(match)된다. 이중 전자-차단층의 최저준위 점유 분자 궤도(LOMO)의 값은 암전류를 감소시키기 위해 이웃한 아노드 층 보다 더욱 낮도록 선택된다.
일부 실시예에 있어서, 유기 광다이오드가 제공된다. 유기 광다이오드는 제1 전극층, 및 상기 제1 전극층 위에 형성된 제1 전자-차단층을 포함한다. 또한, 유기 광다이오드는 제1 전자-차단층 위에 형성된 제2 전자-차단층, 및 유기 P-타입 층을 포함한다. 유기 광다이오드는 유기 활성층, 유기 N-타입 층, 및 제2 전극층을 추가로 포함한다.
일부 다른 실시예에 있어서, 유기 광다이오드가 제공된다. 유기 광다이오드는 제1 전극층, 및 상기 제1 전극층 위에 형성된 제1 전자-차단층을 포함한다. 또한, 유기 광다이오드는 제1 전자-차단층 위에 형성된 제2 전자-차단층, 및 유기 P-타입 층을 포함한다. 광다이오드는 유기 활성층을 추가로 포함하며, 또한 유기 활성층은 벌크 헤테로접합물을 형성한다. 유기 활성층은 P-타입 공액 폴리머와 N-타입 공액 폴리머 또는 플러렌 유도체와의 블렌드로 제조된다. 게다가, 광다이오드는 유기 N-타입 층, 정공-차단층, 및 제2 전극층을 포함한다.
일부 또 다른 실시예에 있어서, 유기 광다이오드를 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 제1 전극층을 형성하는 단계, 및 제1 전극층 위에 제1 전자-차단층을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 제1 전자-차단층 위에 제2 전자-차단층을 형성하는 단계, 및 유기 P-타입 층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 유기 활성층을 형성하는 단계, 및 유기 N-타입 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 게다가, 이 방법은 정공-차단층을 형성하는 단계, 및 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예 및 그 장점이 상세히 서술되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 실시예의 정신 및 범위로부터의 일탈 없이 여기에 다양한 변화, 치환, 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식해야 한다. 더욱이, 이 출원의 범위는 명세서에 서술된 프로세스, 장치, 제조, 및 물질의 조성물, 수단, 방법, 및 단계를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 기술분야의 숙련자 중 하나라면 기재된 바로부터 여기에 서술된 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하는 또는 나중에 개발될 프로세스, 장치, 제조, 물질의 조성물, 수단, 방법, 또는 단계가 서술에 따라 사용될 수 있음을 용이하게 인식할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 프로세스, 장치, 제조, 물질의 조성물, 수단, 방법, 또는 단계와 같은 그 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 게다가, 각각의 청구범위는 별도의 실시예를 구성하며, 또한 다양한 청구범위와 실시예의 조합이 이 서술의 범위 내에 있다.
50: 영상 센서 100: 픽셀
120: 제1 금속층 122: 제2 금속층
130: 패시베이션 층 140: 마이크로-렌즈

Claims (16)

  1. 유기 광다이오드에 있어서,
    제1 전극층;
    상기 제1 전극층 위에 있으며, V2O5를 포함하는 제1 비-유기 물질로 제조된 제1 전자-차단층;
    상기 제1 전자-차단층 위에 있으며, 상기 제1 비-유기 물질과는 상이한 제2 비-유기 물질 - 상기 제2 비-유기 물질은 MoO3를 포함함 - 로 제조된 제2 전자-차단층;
    상기 제2 전자-차단층 위의 유기 P-타입 층;
    상기 유기 P-타입 층 위의 유기 활성층;
    상기 유기 활성층 위의 유기 N-타입 층; 및
    상기 유기 N-타입 층 위의 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전자-차단층보다 높은 최고준위 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital; HOMO)의 값을 가지며,
    상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전자-차단층보다 얇은 것인 유기 광다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층과 상기 유기 N-타입 층 사이의 정공-차단층을 더 포함하는 것인 유기 광다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 P-타입 층은 P-타입 공액 폴리머를 포함하는 것인 유기 광다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 P-타입 층은 폴리(3-힉실시오펜)(poly(3-hyxylthiophene); P3HT)를 포함하는 것인 유기 광다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 N-타입 층은 N-타입 공액 폴리머, 플러렌(fullerene), 또는 플러렌 유도체를 포함하는 것인 유기 광다이오드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 활성층은 P-N 접합부를 포함하는 것인 유기 광다이오드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기 활성층은 하나 이상의 P-타입 공액 폴리머와 하나 이상의 N-타입 공액 폴리머 또는 플러렌 유도체의 블렌드(blend)를 포함하는 것인 유기 광다이오드.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 유기 N-타입 층, 상기 정공-차단층, 및 상기 제2 전극층은 투명한 것인 유기 광다이오드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비-유기 물질은 상기 제1 전극층의 일 함수와 등가인 최고준위 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital; HOMO)의 값을 가지며, 상기 제1 전자-차단층은 상기 제1 전극층의 일 함수 보다 낮은 최저준위 비점유 분자 궤도(lowest unoccupied molecular orbital; LUMO)의 값을 갖는 것인 유기 광다이오드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자-차단층은 적어도 2 eV만큼 상기 제1 전극층의 일 함수 보다 낮은 최저준위 비점유 분자 궤도(LUMO)의 값을 갖는 것인 유기 광다이오드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전자-차단층의 HOMO의 값과 상기 유기 P-타입 층의 HOMO의 값 사이의 차이는 0.4 eV 보다 작으며, 상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전극층의 일 함수 보다 적어도 2 eV만큼 낮은 LUMO의 값을 갖는 것인 유기 광다이오드.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 유기 활성층은 상기 유기 P-타입 층의 물질과 상기 유기 N-타입 층의 물질의 블렌드이며, 상기 유기 활성층은 벌크 헤테로접합물인 것인 유기 광다이오드.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유기 광다이오드는 입사광에 노출되는 상기 제2 전극층을 구비한 영상 센서의 부분인 것인 유기 광다이오드.
  15. 유기 광다이오드에 있어서,
    제1 전극층;
    상기 제1 전극층 위에 형성되며, V2O5를 포함하는 제1 비-유기 물질로 제조된 제1 전자-차단층;
    상기 제1 전자-차단층 위에 형성되며, 상기 제1 비-유기 물질과는 상이한 제2 비-유기 물질 - 상기 제2 비-유기 물질은 MoO3를 포함함 - 로 제조된 제2 전자-차단층;
    상기 제2 전자-차단층 위의 유기 P-타입 층;
    상기 유기 P-타입 층 위의 유기 활성층 - 상기 유기 활성층은 벌크 헤테로접합물이며, P-타입 공액 폴리머와 N-타입 공액 폴리머 또는 플러렌 유도체의 블렌드를 포함함 - ;
    상기 유기 활성층 위의 유기 N-타입 층;
    상기 유기 N-타입 층 위의 정공-차단층; 및
    상기 정공-차단층 위의 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전자-차단층보다 높은 최고준위 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital; HOMO)의 값을 가지며,
    상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전자-차단층보다 얇은 것인 유기 광다이오드.
  16. 유기 광다이오드를 형성하는 방법에 있어서,
    제1 전극층을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극층 위에, V2O5를 포함하는 제1 비-유기 물질로 제조된 제1 전자-차단층을 형성하는 단계;
    상기 제1 전자-차단층 위에, 상기 제1 비-유기 물질과는 상이한 제2 비-유기 물질 - 상기 제2 비-유기 물질은 MoO3를 포함함 - 로 제조된 제2 전자-차단층을 형성하는 단계;
    상기 제2 전자-차단층 위에 유기 P-타입 층을 형성하는 단계;
    상기 유기 P-타입 층 위에 유기 활성층을 형성하는 단계;
    상기 유기 활성층 위에 유기 N-타입 층을 형성하는 단계;
    상기 유기 N-타입 층 위에 정공-차단층을 형성하는 단계; 및
    상기 정공-차단층 위에 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전자-차단층보다 높은 최고준위 점유 분자 궤도(highest occupied molecular orbital; HOMO)의 값을 가지며,
    상기 제2 전자-차단층은 상기 제1 전자-차단층보다 얇은 것인 유기 광다이오드 형성 방법.
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