KR102062864B1 - 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법 - Google Patents

페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102062864B1
KR102062864B1 KR1020180008283A KR20180008283A KR102062864B1 KR 102062864 B1 KR102062864 B1 KR 102062864B1 KR 1020180008283 A KR1020180008283 A KR 1020180008283A KR 20180008283 A KR20180008283 A KR 20180008283A KR 102062864 B1 KR102062864 B1 KR 102062864B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
emitting device
injector
manufacturing
perovskite
Prior art date
Application number
KR1020180008283A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190089577A (ko
Inventor
이연진
정관욱
정나은
신동근
강동희
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020180008283A priority Critical patent/KR102062864B1/ko
Publication of KR20190089577A publication Critical patent/KR20190089577A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102062864B1 publication Critical patent/KR102062864B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H01L51/56—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L51/0008—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/16—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 페로브스카이트 발광소자의 증착 시스템으로서, 기판이 로딩되는 로딩부; 및 상기 로딩부로 배향된 분사기 및 상기 로딩부와 상기 분사기 사이에 배치된 셔터 및 센서를 포함하는 복수의 분사부;를 포함하는, 증착 시스템을 제공한다.

Description

페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법{DEPOSTION SYSTEM, DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF PEROVSKITE LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 방식의 증착이 가능한 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 이를 이용한 발광소자와 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 디스플레이 시장은 고색순도 천연색 구현을 지향하고 있는 추세이다. 이에 따라 유기 발광체를 기반으로 한 유기 발광소자(organic light emitting diode, OLED)의 비약적인 발전이 있었으나, 유기 반도체 자체의 전하 이동도가 낮다는 점, 색순도가 낮다는 점, 발광체의 제조 비용이 높다는 점 등의 단점이 있다.
하이브리드 할로겐화물 페로브스카이트 기반의 태양전지는 등장한지 수년 만에 20%(실험실 기준)가 넘는 변환효율(PCE)을 보이고 있다. 이러한 태양전지의 성공은 페로브스카이트 재료의 유례없이 높은 흡광도 등의 특성 및 저렴한 용액 가공성 덕분인데, 이들 재료 대부분의 특성은 발광소자(light emitting diode, LED)에도 적합하므로 상기 OLED의 단점들을 극복하기 위한 대안 중 하나로 페로브스카이트 발광소자(perovskite light emitting diode, PeLED)의 연구가 이루어지고 있다. 그러나 PeLED는 박막 표면의 낮은 균일도로 인한 발광 효율 저하, 발광 전구체로 사용되는 유기 할로겐화물 증착의 어려움 등의 문제가 있어 이를 극복하기 위한 연구가 필요하다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단일 또는 복수의 발광 전구체를 독립 또는 동시증착하여 결정성이 높은 페로브스카이트 박막을 제조할 수 있는 시스템 및 이를 이용한 발광소자와 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 페로브스카이트 발광소자의 증착 시스템으로서, 기판이 로딩되는 로딩부; 및 상기 로딩부로 배향된 분사기 및 상기 로딩부와 상기 분사기 사이에 배치된 셔터 및 센서를 포함하는 복수의 분사부;를 포함하는, 증착 시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 로딩부는 스테이지, 로터 및 가열기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 분사기는 분사구 및 내부 판막을 포함하는 도가니일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 분사부는 상호 차폐될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 센서는 수정 진동자 저울(quartz crystal microbalance)일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 상기 증착 시스템을 사용하고, (a) 상기 로딩부에 기판을 로딩하는 단계; 및 (b) 상기 분사기에 담지된 발광 전구체를 분사하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 복수의 분사부를 동시에 구동하거나 상호 독립적으로 구동하여 상기 기판 상에 페로브스카이트 박막을 진공 증착하는, 발광소자의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광 전구체는 유기 할로겐화물 및 금속 할로겐화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유기 할로겐화물은, 유기 암모늄 이온, 아미디니움계 이온 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 유기 이온; 및 F-, Cl-, Br-, I- 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 할로겐 이온;으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속 할로겐화물은, 희토류 금속, 알칼리토류 금속, 2가 전이금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속 이온; 및 F-, Cl-, Br-, I- 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 할로겐 이온;으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기 방법으로 제조된, 발광소자를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 또는 복수의 발광 전구체를 독립 또는 동시증착하여 결정성이 높은 페로브스카이트 박막을 제조할 수 있는 시스템 및 이를 이용한 발광소자와 그 제조방법을 통하여 페로브스카이트 박막에 높은 결정성을 부여함으로써 밝고 선명한 빛을 내는 발광소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니를 종래의 도가니와 비교하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 도가니의 설계도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 증착 챔버를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 3에서 제조된 페로브스카이트 박막을 X선 회절 분석법(X-ray diffraction spectroscopy, XRD)과 자외선/가시광선 분광광도계(ultraviolet-visible spectrophotometer, UV-vis)로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 3에서 제조된 페로브스카이트 박막을 원자현미경(atomic force microscope, AFM)으로 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자의 박막 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 4에서 제조된 발광소자의 전압 변화에 따른 전류의 밀도 변화 특성과 휘도 변화 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 4에서 PbBr2의 분사 속도를 0.4 Å/s로 제어하여 제조된 발광소자 샘플의 성능 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 6에서 제조된 발광소자의 성능 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 의한 증착 시스템은 페로브스카이트 발광소자의 증착 시스템으로서, 기판이 로딩되는 로딩부; 및 상기 로딩부로 배향된 분사기 및 상기 로딩부와 상기 분사기 사이에 배치된 셔터 및 센서를 포함하는 복수의 분사부;를 포함할 수 있다.
상기 증착 시스템은 증착 챔버일 수 있다. 상기 증착 시스템은 상기 셔터가 독립적으로 상기 복수의 분사부의 분사 속도를 조절할 수 있다. 따라서 상기 분사기에 담지된 발광 전구체 각각의 분사 속도 비율을 조절함으로써 박막의 성분비를 미세하게 조절할 수 있다. 또한 독립적인 셔터의 구동으로 순차증착, 교차증착 또는 동시증착이 가능하므로 양자우물구조와 같은 다양한 형태의 결정 구조를 가진 페로브스카이트 박막을 증착할 수 있다.
상기 로딩부는 스테이지, 로터 및 가열기를 포함할 수 있다. 상기 스테이지에 페로브스카이트 박막을 증착할 기판을 로딩할 수 있다.
상기 기판은 전극; 전자수송층, 전자주입층 또는 전자 주입 및 수송을 동시에 하는 층;을 포함할 수 있다.
상기 기판은 전극; 정공주입층 또는 정공수송층;을 포함할 수 있다.
상기 로터는 상기 스테이지를 수평 방향으로 회전시킴으로써 상기 발광 전구체가 전 영역에 고르게 증착된 박막을 제조할 수 있다.
상기 가열기는 증착 중 또는 증착 후 상기 스테이지에 열처리를 하여 페로브스카이트 결정화를 제어할 수 있다. 상기 발광 전구체는 상기 열처리를 통한 풀림(annealing) 등의 과정을 거쳐 결정화될 수 있다. 상기 열처리의 온도 또는 시간을 조절하여 결정의 형태를 제어할 수 있다.
상기 분사부는 복수 존재하여 다양한 물질이 조합된 페로브스카이트 박막을 제조할 수 있다.
상기 분사기는 분사구 및 내부 판막을 포함하는 도가니일 수 있다. 상기 분사구는 상부가 하부에 비해 직경이 감소하는 형태일 수 있고, 상기 내부 판막은 다공성 판막일 수 있다. 상기 분사구 및 상기 내부 판막은 내부의 압력이 외부의 압력보다 높게 하여 가스가 단순 확산되는 것이 아니라 방향성을 가지고 분사되게 할 수 있다.
본 발명에서 발광 전구체로 사용될 수 있는 유기 할로겐화물은 종래의 유기물 증착용 도가니를 사용하는 경우, 진공 조건에서 가열 시 일반적인 증착의 분자빔 형태가 아닌 가스 형태로 분사된다. 이는 상기 유기 할로겐화물이 저분자량 물질이기 때문인데, 가스 형태의 분사가 이루어지는 경우 기판 상에 증착된 박막의 두께를 측정하는 센서의 오차를 발생시켜 증착 제어를 방해할 뿐만 아니라, 증착 챔버 내부의 기체를 이온화시켜 진공 값을 측정하는 고진공 측정용 이온게이지의 필라멘트에 증착하여 압력 측정을 방해한다. 그러나 본 발명의 상기 도가니는 상기 유기 할로겐화물이 방향성을 가지고 상기 로딩부로 분사되게 하여 전술한 문제를 해결할 수 있다.
상기 복수의 분사부는 상호 차폐될 수 있다. 상기 분사부를 상호 차폐함으로써 상기 발광 전구체 간의 상호 간섭을 최소화하여 페로브스카이트 박막의 성분비를 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 센서는 수정 진동자 저울(quartz crystal microbalance, QCM)일 수 있다. 상기 QCM은 수정 공진기(crystal resonator)의 주파수 변화를 통해 단위 면적당 질량 변동을 측정하는 기구이다. 두 전극 사이에 수정 결정판을 넣고 전압을 가하면 수정의 피에조 전기 효과를 불러일으켜 일정한 공명 주파수로 진동하게 되는데, 상기 수정 결정판 표면에 물질이 결합하여 질량이 변화하면 상기 공명 주파수가 변하게 되고, 이를 통해 질량의 변동을 측정할 수 있다. 상기 QCM은 진공 상태에서도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 의한 발광소자의 제조방법은 상기 증착 시스템을 사용하고, (a) 상기 로딩부에 기판을 로딩하는 단계; 및 (b) 상기 분사기에 담지된 발광 전구체를 분사하는 단계;를 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 복수의 분사부를 동시에 구동하거나 상호 독립적으로 구동하여 상기 기판 상에 페로브스카이트 박막을 진공 증착할 수 있다.
상기 발광 전구체는 유기 할로겐화물 및 금속 할로겐화물을 포함할 수 있다.
상기 유기 할로겐화물은, 유기 암모늄 이온, 아미디니움계 이온 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 유기 이온; 및 F-, Cl-, Br-, I- 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 할로겐 이온;으로 구성될 수 있다.
상기 금속 할로겐화물은, 희토류 금속, 알칼리토류 금속, 2가 전이금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속 이온; 및 F-, Cl-, Br-, I- 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 할로겐 이온;으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 발광소자는, 상기 제조방법으로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
이하의 실험 결과는 본 발명의 실시예에 따른 증착 시스템에 포함되는 증착 챔버를 구성하고, 이를 통하여 페로브스카이트 박막을 제조한 후 그 특성을 살피고, 이로부터 본 발명의 일 실시예인 페로브스카이트 발광소자(PeLED)를 제조하여 그 성능을 분석한 결과이다.
실시예 1. 도가니 설계
저분자량 물질인 유기 할로겐화물의 분사가 방향성을 가지도록 제어하는 저분자량 물질용 도가니를 설계하였다.
도 1을 참고하면, 방향성이 없는 가스 형태의 분사가 이루어지는 종래의 유기물 증착용 도가니와 비교하였을 때, 분사구가 존재하는 도가니는 분사에 방향성이 나타났고, 분사구와 다공성 내부 판막이 존재하는 저분자량 물질용 도가니는 분사에 더 명확한 방향성이 나타났다.
도 2를 참고하면, 상부에 분사구와 다공성 내부 판막을 포함하는 저분자량 물질용 도가니의 설계도이다.
일 예시로, 종래의 유기물용 도가니를 사용하여 유기 할로겐화물을 가열하여 0.2 Å/s의 속도로 분사하였을 때, 분사 속도는 0.18~0.22 Å/s로 ±10%의 변동을 보였으나 상기 저분자량 물질용 도가니에서의 분사 속도는 0.198~0.202 Å/s로 ±1% 범위 내에서 제어할 수 있음을 확인하였다.
다른 일 예시로, 종래의 유기물용 도가니를 사용한 경우 이온 게이지로 증착 챔버 내부의 진공도를 측정할 수 없었으나, 상기 저분자량 물질용 도가니를 사용한 경우 5×10-4 torr의 진공도까지 안정적으로 측정 가능함을 확인하였다.
실시예 2. 페로브스카이트 증착 챔버 구성
도 3을 참고하면, 본 발명의 발광소자에 사용될 수 있는 페로브스카이트 박막 증착 시스템의 일 실시예인 페로브스카이트 증착 챔버의 구성을 도시하였다.
상기 증착 챔버 상부에 위치하는 로딩부의 스테이지에 기판을 로딩할 수 있다. 상기 로딩부의 하부에 위치하는 분사부는 분사기, 셔터 및 센서를 포함하는데, 상기 분사부는 복수 존재하며 상호 독립적으로 기능을 수행한다.
본 실시예에서 상기 분사기는 상기 실시예 1의 저분자량 물질용 도가니를 사용하였다. 복수의 상기 분사기는 상호 차폐되어 각각 담지된 발광 전구체 간의 간섭을 최소화할 수 있다.
상기 셔터는 상기 분사기가 분사하는 상기 발광 전구체의 이동 경로상에 위치하여 각 분사기의 분사량을 제어할 수 있다.
상기 센서로는 수정 진동자 저울(quartz crystal microbalance, QCM)을 사용하였다. 상기 QCM은 상기 분사기에서 분사되는 상기 발광 전구체의 이동 경로상에 위치하여 상기 발광 전구체의 증착량을 측정할 수 있다.
상기 복수의 분사부는 독립적으로 각 상기 발광 전구체의 증착량을 측정한 후 분사량을 제어함으로써 상기 기판에 증착되는 박막의 성분비를 제어할 수 있다. 또한, 상기 복수의 분사부는 독립적으로 구동하므로 상기 셔터를 각각 제어하여 순차증착, 교차증착, 동시증착 등의 방법을 통해 양자우물구조 등 다양한 나노구조를 가진 페로브스카이트 박막의 제조가 가능하였다.
실시예 3. 페로브스카이트 박막 제조
메틸암모늄브로마이드(methylammonium bromide, MABr)와 리드(II)브로마이드(lead(II) bromide, PbBr2)를 발광 전구체로 사용하여 MAPbBr3 페로브스카이트 박막을 제조하였다. 상기 발광 전구체의 증착 속도를 변경하며 6가지 샘플을 제조한 후, 이들의 결정 특성을 X선 회절 분석법(X-ray diffraction spectroscopy, XRD)과 자외선/가시광선 분광광도계(ultraviolet-visible spectrophotometer, UV-vis) 및 원자현미경(atomic force microscope, AFM)으로 분석하였다. 상기 XRD 및 상기 UV-vis의 분석 결과는 도 4에 도시하였고, 상기 AFM 분석 결과는 도 5에 도시하였다.
상기 페로브스카이트 박막 샘플은 MABr의 분사 속도를 0.2 Å/s로 고정하고, PbBr2의 분사 속도를 0.2~0.8 Å/s로 변경하며 제조하였다.
XRD 결과를 나타낸 도 4의 (a)를 참고하면, MABr:PbBr2의 비가 0.2:0.8인 경우를 제외하면, 페로브스카이트 결정 구조가 잘 형성된 것을 확인하였다. 상기 MABr:PbBr2의 비가 0.2:0.8인 경우에는 MABr이 부족하여 결정을 형성하지 못한 것을 확인하였다.
UV-vis 결과를 나타낸 도 4의 (b)를 참고하면, 모든 경우에서 유사한 측정 결과를 나타냄을 확인하였다.
페로브스카이트 발광소자의 상용화를 위해서 발광 효율을 높일 필요가 있다. 그를 위해서는 박막 전 영역에 높은 균일도를 가진 페로브스카이트 결정의 형성이 필요하며, 페로브스카이트 박막을 사용하는 태양전지에 비하여 높은 수준의 균일도를 요구한다. 따라서 균일도와 반비례 관계인 표면 거칠기(Root mean square surface roughness, Rq) 값을 측정하기 위하여 AFM으로 상기 페로브스카이트 박막 샘플을 분석하였다.
AFM 결과를 나타낸 도 5를 참고하면, 30 μm × 30 μm 이미지에서 추출한 값이 10 nm 미만을 나타내어 균일도와 피복성이 높음을 확인하였고, 수차례 반복 실험을 하여 재현성을 확인하였다.
실시예 4. 페로브스카이트 발광소자 제조
도 6을 참고하면, 본 실시예에 의한 발광소자의 박막 구조를 나타낸 것이다.
양극(anode)으로 사용하는 인듐주석산화물(Indium tin oxide, ITO)을 정제수(diwater), 세척제(extran), 아세톤(acetone) 및 메탄올(methanol)을 사용하여 세척한 후, 자외선-오존(UV-ozone) 처리를 통해 표면개질(surface modification)을 수행하여 기판을 제조하였다.
상기 기판을 진공도가 3 × 10-8 torr 이하인 유기물 증착 챔버에 로딩하였고, 열증착법으로 정공수송층(hole transfer layer, HTL)인 NPB(N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene)를 50 nm 두께로 증착한 후, 실시예 2의 페로브스카이트 증착 챔버에 로딩하였다.
상기 증착 챔버에서 발광층 역할을 하는 페로브스카이트를 MABr의 분사 속도를 0.2 Å/s로 고정하고 PbBr2의 분사 속도를 0.2~0.8 Å/s까지 변화시키며 300 nm 두께로 상기 기판에 증착하였다.
다시 상기 기판을 유기물 증착 챔버로 이동시켜 전자수송층(electron transfer layer, ETL)으로 TPBi(2,2′,2"-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole))를 70 nm, 전자주입층(electron injection layer, EIL)으로 LiF(lithium fluoride)를 0.5 nm, 음극(cathode)으로 Ag(silver)를 100 nm씩 순차적으로 증착하여 발광소자를 제작하였다.
실시예 5. 발광소자의 성능 분석
상기 실시예 4에서 제조한 발광소자 샘플의 성능을 분석하기 위해 전압 변화에 따른 전류의 밀도 변화 특성을 측정하였고, 포토 다이오드를 사용하여 전압 변화에 따른 휘도 변화 특성을 측정하였다. 상기 측정 결과는 도 7에 도시하였다.
도 7을 참고하면, PbBr2의 분사 속도가 0.3~0.5 Å/s인 경우 전압 4 V 이상에서 발광 특성을 나타내었다. PbBr2의 분사 속도가 0.4 Å/s인 경우 상기 발광소자 샘플 중 내구성이 제일 높아 7 V까지 발광하였고, 이를 통해 결정 형성이 가장 잘 되었음을 확인하였다.
결정 형성이 가장 잘 된 PbBr2의 분사 속도가 0.4 Å/s인 상기 샘플의 성능을 다시 측정하여 그 결과를 도 8에 도시하였다.
실시예 6. 발광소자 제조 시간 단축
분사 속도를 0.4 Å/s로 300 nm를 증착시키는 경우 125분이 소요된다. 이를 단축시키기 위해 MABr과 PbBr2를 동시에 증착시켜 발광소자를 제작한 후 특성을 분석하였다. 분사 속도는 MABr을 0.4 Å/s, PbBr2를 0.8 Å/s로 설정하였다. 발광소자의 구조는 ITO / NPB (50 nm) / 페로브스카이트 (300 nm) / TPBi (10 nm) / LiF (0.5 nm) / Ag (100 nm)로 구성되었다. 완성된 발광소자의 성능 분석 결과는 도 9에 도시하였다.
도 9를 참고하면, 발광 특성은 4 V 이상에서 나타났으며, 4.6 V에서 452 cd/m2의 최고 휘도 값을 나타남을 확인하였다. 외부 양자 효율은 4.5 V에서 0.02%를 나타냄을 확인하였고, 색순도를 나타내는 지표인 EL 스펙트럼의 반치폭(half-width)은 25 nm임을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 페로브스카이트 발광소자의 증착 시스템으로서,
    기판이 로딩되는 로딩부; 및
    상기 로딩부로 배향된 분사기 및 상기 로딩부와 상기 분사기 사이에 배치된 셔터 및 센서를 포함하는 복수의 분사부;를 포함하고,
    상기 분사기는 분사구 및 내부 판막을 포함하는 도가니이고,
    상기 분사기는 원기둥 형상이고,
    상기 분사구는 상부 및 하부의 사이에 위치한 중간부의 직경이 상기 상부 및 상기 하부의 직경보다 작고,
    상기 분사기는 발광 전구체를 분자빔 형태로 분사하고,
    상기 분사기는 유기 할로겐화물의 분사 속도의 변동이 ±1% 이내이고,
    상기 증착 시스템의 진공도가 3×10-8 torr 이하이고,
    상기 증착 시스템으로 제조된 박막의 Rq가 10 nm 미만인, 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로딩부는 스테이지, 로터 및 가열기를 포함하는, 증착 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분사부는 상호 차폐된, 증착 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 수정 진동자 저울(quartz crystal microbalance)인, 증착 시스템.
  6. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 증착 시스템을 사용하고,
    (a) 상기 로딩부에 기판을 로딩하는 단계; 및
    (b) 상기 분사기에 담지된 발광 전구체를 분자빔 형태로 분사하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계는 상기 복수의 분사부를 동시에 구동하거나 상호 독립적으로 구동하여 상기 기판 상에 페로브스카이트 박막을 진공 증착하고,
    상기 증착 시스템으로 제조된 박막의 Rq가 10 nm 미만인, 발광소자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광 전구체는 유기 할로겐화물 및 금속 할로겐화물을 포함하는, 발광소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기 할로겐화물은,
    유기 암모늄 이온, 아미디니움계 이온 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 유기 이온; 및
    F-, Cl-, Br-, I- 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 할로겐 이온;으로 구성된, 발광소자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물은,
    희토류 금속, 알칼리토류 금속, 2가 전이금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In 또는 Ti 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 금속 이온; 및
    F-, Cl-, Br-, I- 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 할로겐 이온;으로 구성된, 발광소자의 제조방법.
  10. 제6항에 따른 방법으로 제조된, 발광소자.
KR1020180008283A 2018-01-23 2018-01-23 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법 KR102062864B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180008283A KR102062864B1 (ko) 2018-01-23 2018-01-23 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180008283A KR102062864B1 (ko) 2018-01-23 2018-01-23 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190089577A KR20190089577A (ko) 2019-07-31
KR102062864B1 true KR102062864B1 (ko) 2020-01-06

Family

ID=67473887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180008283A KR102062864B1 (ko) 2018-01-23 2018-01-23 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102062864B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016186968A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 株式会社カネカ 光電変換装置及びその製造方法
JP2017534179A (ja) * 2014-11-05 2017-11-16 学校法人沖縄科学技術大学院大学学園 ペロブスカイトベースのデバイス用ドーピング操作正孔輸送層

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017534179A (ja) * 2014-11-05 2017-11-16 学校法人沖縄科学技術大学院大学学園 ペロブスカイトベースのデバイス用ドーピング操作正孔輸送層
JP2016186968A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 株式会社カネカ 光電変換装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190089577A (ko) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11785831B2 (en) Method for patterning a coating on a surface and device including a patterned coating
KR102582884B1 (ko) 방출 영역 위에 배치된 전도성 코팅을 포함하는 디바이스 및 이를 위한 방법
JP6382781B2 (ja) 半導体素子の製造方法および製造装置
Wang et al. Fast Postmoisture Treatment of Luminescent Perovskite Films for Efficient Light‐Emitting Diodes
CN108807724B (zh) 钙钛矿发光层的制备方法、应用和钙钛矿发光器件及其制备方法
JP2009506200A (ja) 薄膜層の作成方法
Islam et al. A review on fabrication process of organic light emitting diodes
US11158830B2 (en) Perovskite film layer, device and preparation method for effectively improving efficiency of light-emitting device
JP6378383B1 (ja) 半導体素子およびその製造方法
CN111740019A (zh) 基于极性界面的卤化物钙钛矿光电器件
KR20070036835A (ko) 무기물 완충층을 포함하는 유기발광소자의 제조방법
US20050238816A1 (en) Method and apparatus of depositing low temperature inorganic films on plastic substrates
CN111403616B (zh) 一种溴无机盐钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
KR102062864B1 (ko) 페로브스카이트 발광소자 증착 시스템, 발광소자와 그 제조 방법
KR100263754B1 (ko) 접촉저항이개선된유기발광소자의제조방법및이에사용되는장치
CN110416420B (zh) 量子点发光二极管及其制备方法
CN209993623U (zh) 发光二极管
CN108682747B (zh) 一种双异质结钙钛矿光电器件及其制备方法
KR102186853B1 (ko) 유무기 하이브리드 페로브스카이트 발광 소자 및 그 제조방법
CN114015984B (zh) 一种有机-无机杂化钙钛矿材料的制备方法及应用
US20230422531A1 (en) Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
KR20010003986A (ko) 상 분리를 이용한 고효율 고분자 발광소자
JP2006114427A (ja) 真空蒸着方法
CN110364634A (zh) 发光二极管及制备方法
KR20040066781A (ko) 유기발광소자의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant