KR20110001854A - Manufacturing method for carbon base nano material transparent electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소기반 나노소재 투명전극의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투명전극의 일함수를 제어하여 다양한 소자에 적용 가능한 탄소기반 나노소재 투명전극의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode, and more particularly to a method for manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode applicable to a variety of devices by controlling the work function of the transparent electrode.
일반적으로, 유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Device;OLED)를 이용한 패널은 저전압 구동, 높은 발광 효율, 넓은 시야각, 빠른 응답속도등의 장점이 있기 때문에 고화질의 동영상을 표현할 수 있는 차세대 평판 디스플레이 기술 중의 하나로서 기술개발이 활발하게 진행되고 있다.In general, the panel using the organic light emitting device (OLED) has the advantages of low voltage driving, high luminous efficiency, wide viewing angle, fast response speed, etc. As one, technology development is actively progressing.
도 6은 종래의 유기 전계 발광 소자의 단면도이다. 도 6에서 보면, 상기 유기 전계 발광 소자는 광이 방출되는 유리기판(10)을 구비하고, 유리기판(10)의 일면에는 일함수(work function)가 높고 양의 전압이 인가되는 ITO와 같은 투명전극인 양전극(11), 양단에 인가되는 전압에 의하여 발광이 발생되는 유기 발광층(18), 일함수가 낮은 금속(Ca, Li, Al, Mg, Ag 등) 재질을 가지며 음의 전압이 인가되는 음전극(17)이 순차적으로 적층된다. 6 is a cross-sectional view of a conventional organic electroluminescent device. In FIG. 6, the organic electroluminescent device includes a
이때, 상기 유기발광층(18)은 ITO 투명전극(양극)(11) 위에 정공주입층(12), 정공수송층(13), 발광층(14), 전자수송층(15), 전자주입층(16)이 차례대로 적층된 구조로 구성되어 있다.In this case, the organic
이러한 유기 전계 발광 소자에 순방향의 전압을 인가하면 음전극(17)과 양전극(11)에서 전자(electron)와 정공(hole)이 주입된다. When a forward voltage is applied to the organic EL device, electrons and holes are injected from the
주입된 전자와 정공은 유기발광층(18)에서 결합하여 쌍을 이루고 있다가 소멸되며, 이 과정에서 유기 발광층(18)에서 광이 발생되어 유리기판(10)으로 방출된다.The injected electrons and holes are combined in the organic
그러나, 상기 ITO 투명전극은 기계적 강도가 약하여 깨지거나 갈라짐 현상이 나타날 수 있으므로, 두루마리 디스플레이나 이동통신용 차세대 디스플레이로 플렉시블한 디스플레이에는 적합하지 않은 단점이 있다.However, since the ITO transparent electrode may have a weak mechanical strength and may cause cracking or cracking, the ITO transparent electrode is not suitable for a flexible display as a scroll display or a next-generation display for mobile communication.
반면에, 탄소나노튜브 투명전극은 소재 자체의 휘어지는 특성 때문에 두루마리 디스플레이나 플렉시블한 디스플레이에 적용이 용이한 장점이 있다.On the other hand, the carbon nanotube transparent electrode has an advantage that it is easy to apply to a scroll display or a flexible display because of the bending property of the material itself.
따라서, ITO 투명전극의 단점을 보완하기 위해 ITO를 탄소나노튜브 투명전극으로 대체하여 플렉시블한 디스플레이에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, in order to make up for the shortcomings of the ITO transparent electrode, research is being actively conducted to replace the ITO with the carbon nanotube transparent electrode and apply it to the flexible display.
한편, 상기 탄소나노튜브 투명전극을 OLED 소자의 양극으로 사용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 상기 탄소나노튜브 투명전극을 다양한 소자의 특성에 맞게 응용하기 위해서는 음극으로도 사용할 수 있는 기술이 필요하다.On the other hand, the research to use the carbon nanotube transparent electrode as the anode of the OLED device is being actively conducted, but in order to apply the carbon nanotube transparent electrode to the characteristics of various devices, a technique that can be used as a cathode is required. .
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 탄소기반 나노소재 투명전극의 표면에 극소량의 금속을 증착하여 일함수를 제어함으로써, OLED의 양극 뿐만 아니라 음극으로도 사용할 수 있는 일함수의 제어가 가능한 탄소기반 나노소재 투명전극의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention devised in view of the above, by controlling the work function by depositing a very small amount of metal on the surface of the carbon-based nano-material transparent electrode, the control of the work function that can be used as the cathode as well as the anode of the OLED The purpose is to provide a method of manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode is possible.
본 발명은 양면 발광 OLED, 완전 투명 태양전지, 자동차 앞 유리에 장착가능한 완전 투명 디스플레이 등 또는 소자 설계에 최적화된 일함수를 갖는 전극 등 다양한 소자에 적용하기 위해,The present invention is applied to a variety of devices such as double-sided light emitting OLED, fully transparent solar cell, fully transparent display that can be mounted on the windshield of the car, or an electrode having a work function optimized for device design,
탄소나노튜브 및 그라핀 등의 탄소기반 나노소재 투명전극의 표면에 금속 또는 유기물 등의 도핑 두께를 조절함으로써, 탄소기반 나노소재 투명전극의 일함수를 제어할 수 있는 탄소기반 나노소재 투명전극의 제조방법을 제공한다.
Preparation of carbon-based nanomaterial transparent electrode that can control work function of carbon-based nanomaterial transparent electrode by controlling doping thickness of metal or organic material on surface of carbon-based nanomaterial transparent electrode such as carbon nanotube and graphene Provide a method.
상기 과제 해결 수단에 따른 본 발명의 탄소기반 나노소재 투명전극의 제조방법의 장점을 설명하면 다음과 같다. Referring to the advantages of the method of manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode of the present invention according to the above problem solving means.
탄소기반 나노소재의 투명전극에 금속 또는 유기물 등의 도핑두께를 조절함으로써, 투명전극의 일함수를 제어하여 다양한 소자에 적용할 수 있다.By controlling the doping thickness of metal or organic material to the transparent electrode of the carbon-based nanomaterials, the work function of the transparent electrode can be controlled and applied to various devices.
예를 들어, 양면 발광 OLED, 완전 투명 태양전지, 자동차 앞 유리에 장착가능한 완전 투명 디스플레이 등 또는 소자 설계에 최적화된 일함수를 갖는 전극 등에 적용할 수 있다.
For example, the present invention can be applied to a double-sided light emitting OLED, a fully transparent solar cell, a fully transparent display that can be mounted on a vehicle windshield, or an electrode having a work function optimized for device design.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양면발광 OLED에 알루미늄 금속이 증착된 탄소나노튜브 투명전극을 적용한 개략도
도 2는 알루미늄을 단계적으로 증착하는 동안 초기 SWNT의 일함수와 측정된 UPS 스펙트럼을 나타낸다. (a)는 정상적인 2차 전자 컷오프 영역의 스펙트럼과 배경을 제거한 밸런스 밴드 스펙트럼을 나타내고, (b)는 알루미늄 두께의 증가에 따른 초기 SWNT 의 일함수를 나타낸다.
도 3은 알루미늄을 단계적으로 증착하는 동안 초기 SWNT에서 측정된 C 1s, Al 2p, 및 O 1s의 핵심 수준 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 알루미늄 증착두께의 증가에 따른 실제 플라스틱 기판 위에 증착된 탄소나노튜브 박막의 일함수를 나타내는 그래프
도 5는 알루미늄을 단계적으로 증착하는 동안 그라핀의 일함수와 측정된 UPS 스펙트럼을 나타낸다. (a)는 정상적인 2차 전자 컷오프 영역의 스펙트럼과 배경을 제거한 밸런스 밴드 스펙트럼을 나타내고, (b)는 알루미늄 두께의 증가에 따른 그라핀의 일함수를 나타낸다.
도 6은 종래기술에 따른 OLED를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view of applying a carbon nanotube transparent electrode deposited with an aluminum metal on the double-sided light emitting OLED according to an embodiment of the present invention
Figure 2 shows the work function of the initial SWNT and the measured UPS spectrum during the stepwise deposition of aluminum. (a) shows the balance band spectrum from which the spectrum and background of the normal secondary electron cutoff region are removed, and (b) shows the work function of the initial SWNT with increasing aluminum thickness.
3 shows the key level spectra of C 1s,
4 is a graph showing a work function of a carbon nanotube thin film deposited on an actual plastic substrate as an aluminum deposition thickness increases as another embodiment of the present invention.
5 shows the work function of graphene and the measured UPS spectrum during the stepwise deposition of aluminum. (a) shows a balance band spectrum in which the spectrum and background of a normal secondary electron cutoff region are removed, and (b) shows the work function of graphene with increasing aluminum thickness.
6 is a schematic view showing an OLED according to the prior art.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양면발광 OLED에 알루미늄 금속이 증착된 탄소나노튜브 투명전극을 적용한 개략도이다.1 is a schematic view of applying a carbon nanotube transparent electrode on which an aluminum metal is deposited on a double-sided light emitting OLED according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 일함수로 제어가능한 탄소나노튜브의 투명전극에 관한 것으로서, 투명전극(110)의 표면에 금속의 증착두께를 조절하여 일함수를 제어함으로써, 탄소나노튜브 투명전극(110)을 양극과 음극으로 모두 사용할 수 있는 탄소나노튜브 투명전극(110)에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent electrode of a carbon nanotube controllable by various work functions, by controlling the work function by controlling the deposition thickness of the metal on the surface of the
상기 탄소나노튜브(carbon nanotube)는 잡아당기거나 휘어도 전기적 성질이 변하지 않기 때문에 잘 휘어지는 기판에 탄소나노튜브 투명전극(110)을 사용하게 되면 접거나 휘고 구길 수도 있는 디스플레이를 만들 수 있다. Since the carbon nanotubes do not change their electrical properties even when they are pulled or bent, the carbon nanotube
즉, 상기 탄소나노튜브는 둘둘 말거나 접어서 가지고 다니는 컴퓨터, 팔찌 휴대폰, 전자 종이 등에 사용될 수 있다. That is, the carbon nanotubes can be used in computers, bracelets, cellular phones, electronic papers, etc. rolled around or folded.
본 발명에 따른 투명전극(110)은 상기 탄소나노튜브를 소재로 사용하고, 전극표면에 알루미늄(111)과 같은 금속을 매우 얇은 증착 두께(옹그스트롱 단위)로 조절함으로써, 투명전극(110)의 일함수를 제어할 수 있다. 이때, 금속외에 유기물 및 인슐레이터 등을 증착하여 상기 투명전극(110)의 일함수를 제어할 수 있다.The
예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따라 단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 투명 전도성 필름 위에 알루미늄(111)을 0.1nm~0.3nm 범위의 증착두께로 조절하면, 탄소나노튜브 투명전극(110)의 일함수를 3.97eV~4.43eV 범위로 제어할 수 있다(도 3b 참조).For example, when the
즉, 상기 알루미늄(111)을 증착하지 않는 경우 탄소나노튜브 투명전극(110)의 일함수는 4.43eV이고, 상기 알루미늄(111)의 증착두께를 0.3nm 이하까지 점차적으로 증가시키면 탄소나노튜브 투명전극(110)의 일함수가 4.43eV에서 3.97eV로 감소한다.That is, when the
상기 소량의 알루미늄(111)을 탄소나노튜브 투명전극(110)의 표면에 증착하는 경우 일함수가 감소하는 원인은 알루미늄(111)의 증착전에 탄소나노튜브 투명전극(110)의 표면에 존재하는 표면산소에 기인한다.When the small amount of
왜냐하면, 상기 소량의 알루미늄(111)이 증착될 때 표면산소와 화학반응을 일으켜 알루미나(Al2Ox)를 형성하고, 상기 알루미나가 탄소나노튜브 투명전극(110)의 일함수를 감소시키기 때문이다.This is because, when the small amount of
또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 알루미늄 증착두께의 증가에 따른 실제 플라스틱 기판 위에 증착된 탄소나노튜브 박막의 일함수를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a work function of a carbon nanotube thin film deposited on an actual plastic substrate with an increase in aluminum deposition thickness as another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 탄소나노튜브 박막에 증착되는 알루미늄의 두께에 따라 플라스틱 기판 위의 탄소나노튜브 박막의 일함수가 3.7~4.8eV임을 알 수 있다.Referring to Figure 4, it can be seen that the work function of the carbon nanotube thin film on the plastic substrate according to the thickness of the aluminum deposited on the carbon nanotube thin film is 3.7 ~ 4.8 eV.
일반적으로 OLED 소자를 제작할 때 음극으로 사용할 수 있는 일함수의 범위는 3.7~4.2eV이고, 양극으로 사용할 수 있는 일함수의 범위는 4.8~5.2eV이다.In general, the range of work function that can be used as a cathode when manufacturing OLED devices is 3.7 ~ 4.2eV, and the range of work function that can be used as an anode is 4.8 ~ 5.2eV.
이와 같이 OLED의 음극 및 양극으로 사용가능한 물질의 일함수 범위에 대한 근거는 OLED의 음극으로 많이 사용되는 대표적인 물질이 알루미늄인데, 알루미늄의 일함수는 4.2eV 이하이고, 양극으로 많이 사용되는 대표적인 물질은 금인데 금의 일함수는 5.2eV 정도이다.The basis for the work function range of the material that can be used as the cathode and anode of the OLED is aluminum, which is a representative material that is commonly used as the cathode of OLED, and the work function of aluminum is 4.2 eV or less, It is gold, but its work function is about 5.2 eV.
따라서, 상기 탄소나노튜브 투명전극(110)의 표면에 알루미늄을 0.3nm두께로 증착하는 경우에 일함수가 3.97eV로 감소하므로 OLED의 음극으로 사용가능하고(도 2b 참조), 상기 탄소나노튜브 투명전극의 표면에 알루미늄을 증착하지 않은 경우에 일함수가 4.8eV이므로 OLED의 양극으로 사용가능하다(도 4 참조).Therefore, when aluminum is deposited on the surface of the carbon nanotube
따라서, 상기 탄소나노튜브 투명전극(110)에 소량의 금속을 증착함으로써 일함수를 제어할 수 있고, 일함수가 제어된 탄소나노튜브 투명전극(110)을 OLED의 양극 및 음극에 사용하여 양면 발광형 OLED을 구현할 수 있다. Therefore, the work function can be controlled by depositing a small amount of metal on the carbon nanotube
뿐만 아니라, 상기 일함수의 제어가 가능한 탄소나노튜브 투명전극(110)를 다양한 소자에 적용함으로써, 양면 발광 OLED, 완전투명 태양전지, 자동차 앞유리에 장착가능한 완전투명 디스프레이와 같은 새로운 개념의 응용소자를 제작할 수 있다.In addition, by applying the carbon nanotube
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 양면발광 OLED는 아래에서부터 플렉시블한 기판(100), 알루미늄(111)이 증착된 탄소나노튜브 투명전극(110)(양극), 정공주입층(12), 정공수송층(13), 발광층(14), 전자수송층(15), 전자주입층(16)을 갖는 유기발광층(18), 알루미늄(111) 금속이 증착된 탄소나노튜브 투명전극(110)(음극), 플레시블 기판(100)이 증착된 형태로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, a double-sided light emitting OLED according to an embodiment of the present invention is a
이때, 양극으로 사용되는 탄소나노튜브 투명전극(110)에는 알루미늄(111)이 증착되지 않을 수 있다.In this case, the
여기서, 상기 유기발광층(18)의 양단에 전압이 인가되면 양극과 음극에서 정공과 전자가 주입된다.Here, when voltage is applied to both ends of the organic
그리고, 주입된 정공과 전자는 유기발광층(18)에서 결합하여 쌍을 이루고 있다가 소멸되면서, 유기발광층(18)에서 빛이 발생되어 양측의 플렉시블 기판(100)으로 방출된다.The injected holes and the electrons are combined in the organic
이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.
실시예Example
먼저 UPS(ultraviolet photoelectron spectroscopy)를 사용하여 탄소나노튜브(CNT) 투명 전도성 필름의 일함수를 측정한 후, 알루미늄(111)과 같은 소량의 금속을 탄소나노튜브 투명 전도성 필름에 증착한다.First, a work function of a carbon nanotube (CNT) transparent conductive film is measured by using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), and then a small amount of metal such as
이와 같이 탄소나노튜브 투명 전도성 필름에 소량의 알루미늄(111)을 증착함에 따라 탄소나노튜브 투명 전도성 필름의 일함수를 제어하여 탄소나노튜브 투명 전도성 필름을 OLED 소자의 양극과 음극에 사용할 수 있게 된다. As such, by depositing a small amount of
탄소나노튜브의 일함수에 대한 알루미늄(111)의 효과를 조사하기 위해, 진공을 깨지않고 알루미늄(111)의 얇은 층이 SWNT 필름에 단계적으로 증착되는 과정 사이마다 UPS(ultraviolet photoelectron spectroscopy)와 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)를 사용하여 준비된 SWNT의 전자구조 및 각각의 일함수의 변화를 측정하였다.To investigate the effect of aluminum (111) on the work function of carbon nanotubes, an ultra-violet photoelectron spectroscopy (UPS) and XPS (during each step of thin deposition of
스펙트럼은 단색 x-ray(Al Kα) 와 UV(He I)의 방사소스를 사용하여 VG ESCALAB 220i 시스템으로 측정되었고, 분석챔버의 기본 압력은 2ㅧ10-9 Torr이다. Spectra were measured on a VG ESCALAB 220i system using monochrome x-ray (Al Kα) and UV (He I) radiation sources. The base pressure of the analytical chamber was 2 ㅧ 10 -9 Torr.
UPS 스펙트럼의 경우, 측정은 저에너지 2차 전자를 가속시키기 위해 샘플 바이어스의 -10V(2차 전자 컷 오프 영역)과 -5V(밸런스 밴드 영역)에서 수행되었다. For the UPS spectrum, measurements were taken at -10V (secondary electron cutoff region) and -5V (balance band region) of sample bias to accelerate low energy secondary electrons.
얇은 알루미늄층을 증발시키기 위해, 누센(Knudsen) 타입의 분산 셀(effusion cell)이 사용되었고, 알루미늄(111)의 통상적인 증착율은 0.1nm/sec이고, 그것은 석영 결정 마이크로 밸런스(quartz crystal microbalance)에 의해 주의깊게 모니터되었다.In order to evaporate the thin layer of aluminum, a Nudsen type effusion cell was used, and a typical deposition rate of
도 2는 알루미늄을 단계적으로 증착하는 동안 초기 SWNT의 일함수와 측정된 UPS 스펙트럼을 나타낸다. (a)는 규격화한 정상적인 2차 전자 컷오프 영역의 스펙트럼과 배경을 제거한 밸런스 밴드 스펙트럼을 나타내고, (b)는 알루미늄 두께의 증가에 따른 초기 SWNT 의 일함수를 나타낸다.Figure 2 shows the work function of the initial SWNT and the measured UPS spectrum during the stepwise deposition of aluminum. (a) shows the normalized secondary electron cutoff region spectrum and the balance band spectrum with the background removed, and (b) shows the work function of the initial SWNT with increasing aluminum thickness.
상기 알루미늄(111)을 증착하기 전에, SWNT의 π밴드 특징이 3eV주위에서 명확하게 도시되었다. Before depositing the
상기 π밴드 특징의 변화는 알루미늄(111)의 0.3nm 이후에서는 무시될 수 있고, 상기 알루미늄 층의 두께가 증가될 때 사라졌다. The change in the? Band characteristic can be neglected after 0.3 nm of
도 2(a)의 2차 전자 컷 오프 영역에 도시한 것 처럼, SWNT 의 2차 전자 컷 오프는 0.1nm의 알루미늄 증착으로 높은 결합에너지쪽으로 이동하였다. 상기 2차 전자 컷오프의 최대 변화는 0.3nm의 알루미늄 증착에서 발생되었고, 전체 변화는 높은 결합에너지를 향해 이동하였다. As shown in the secondary electron cut off region of FIG. 2 (a), the secondary electron cut off of SWNTs was shifted toward higher binding energy with aluminum deposition of 0.1 nm. The maximum change in the secondary electron cutoff occurred at 0.3 nm aluminum deposition, and the total change shifted towards high binding energy.
0.3nm의 알루미늄 증착 후부터, 2차 전자 컷오프는 더 낮은 결합에너지로 다소 감소되었다. 그 결과 UPS 스펙트럼에 의하면 초기 SWNT의 일함수가 도 2b에 도시한 바와 같이 알루미늄(111)의 증착두께에 따라 변하였다.After 0.3 nm of aluminum deposition, the secondary electron cutoff was somewhat reduced to lower binding energy. As a result, according to the UPS spectrum, the work function of the initial SWNT was changed according to the deposition thickness of
UPS의 측정결과에 따라, 수소 열처리 후 알루미늄(111) 증착 전에 초기 SWNT의 일함수는 4.43eV였고, 그 이후 알루미늄(111)의 증착 두께에 따른 초기 SWNT의 일함수는 4.06eV(0.1nm 알루미늄에서), 3.97eV(0.3nm 알루미늄에서), 4.03eV(0.9nm 알루미늄에서) 및 4.15eV(2.7nm 알루미늄에서)였다. According to the results of the UPS, the work function of the initial SWNT before the deposition of
0.9nm의 알루미늄(111) 증착 이후, 상기 일함수는 SWNT 표면에서 알루미늄(111)의 우세한 양 때문에 알루미늄(111)의 일함수에 수렴한다. 그 결과, SWNT의 일함수가 SWNT의 표면에 얇은 알루미늄층의 증착에 의해 3.97 내지 4.43eV로 변하게 될 수 있음을 알 수 있다.After the deposition of
도 3은 알루미늄을 단계적으로 증착하는 동안 초기 SWNT에서 측정된 C 1s, Al 2p, 및 O 1s의 내각 전자 준위 스펙트럼을 나타낸다.3 shows the cabinet electron level spectra of C 1s,
상기 XPS를 사용한 내각 전자의 스펙트럼 측정에 의하면, CNT와 알루미늄(111) 사이의 화학반응을 알 수 있다.According to the spectral measurement of the cabinet electrons using the XPS, the chemical reaction between the CNT and
상기 소량의 알루미늄(111)을 증착하기 전에 초기 SWNT의 표면에는 일정량의 표면산소가 존재함을 관찰할 수 있었다. 0.1nm의 알루미늄(111)을 증착한 후, 상기 O 1s 내각 준위(core level)의 피크가 높은 결합에너지를 향해 이동되었다. Before depositing the small amount of
이것은 초기 SWNT에 증착된 표면 산소가 알루미늄(111)과 반응하여 알루미나를 형성하였음을 의미한다. 또한, 알루미나의 형성은 Al 2p 내각 준위 스펙트럼에서 확인되었다. This means that surface oxygen deposited on the initial SWNT reacted with
알루미늄(111) 증착의 초기 단계에서, 알루미나가 알루미늄(111)보다 더 우세하지만, 0.9nm 알루미늄(111)의 증착 후, 알루미늄(111)은 표면산소의 고갈 때문에 Al 2p 내각 준위의 스펙트럼이 우세하다. In the initial stage of
상기 알루미늄(111)의 두께가 증가됨에 따라 C 1s 핵심 수준 레벨에서 중요한 피크 변화가 없었다. As the thickness of the
결국, 상기 내각 준위 스펙트럼에 의하면 초기 SWNT에 표면산소가 존재한다. 그리고, 상기 표면산소에 의해 SWNT와 알루미늄(111) 사이에서 알루미나(Al2Ox)가 형성되었다. 따라서, 상기 알루미나는 소량의 알루미늄(111) 증착으로 SWNT의 일함수를 감소시킬 수 있는 중요한 역할을 한다.As a result, surface oxygen is present in the initial SWNT according to the cabinet level spectrum. In addition, alumina (Al 2 O x ) was formed between SWNT and
여기서, 본 발명은 알루미늄(111)과 같은 금속을 소량으로 탄소나노튜브 투명전극(110)에 증착함으로써, 상기 금속의 증착 두께에 따라 탄소나노튜브 투명전극(110)의 일함수를 제어할 수 있다.In the present invention, by depositing a metal, such as aluminum (111) in a small amount on the carbon nanotube
특히, 상기 알루미늄을 탄소나노튜브 투명전극에 0.1~0.3nm 이하의 두께로 증착하는 경우에는 투명전극의 일함수가 4.06~3.97eV로 조절되어 OLED의 음극으로도 사용할 수 있다.In particular, when the aluminum is deposited on the carbon nanotube transparent electrode with a thickness of 0.1 to 0.3 nm or less, the work function of the transparent electrode may be adjusted to 4.06 to 3.97 eV, which may be used as a cathode of the OLED.
또한, 상기 UPS 및 XPS를 사용하여 SWNT와 알루미늄(111) 사이에서 화학적 반응과 일함수의 변화를 측정한 결과에 의하면, 0.5nm미만의 알루미늄(111) 증착은 SWNT 투명 전도성 필름의 일함수를 제어하기에 충분하다는 것을 알 수 있다. In addition, according to the results of measuring the chemical reaction and the change of work function between SWNT and
따라서, 일함수의 제어가 가능한 탄소나노튜브 투명전극(110)은 전자공학 뿐만 아니라, 광전자공학, 센서, 태양전지 및 나노공학 시스템에 적용할 수 있다.Therefore, the carbon nanotube
상기한 설명에서 탄소나노튜브 투명전극의 일함수 제어 및 제조방법 위주로 설명하였으나, 탄소나노튜브 소재의 투명전극 외에도 그라핀 등의 탄소기반 나노소재의 투명전극에 금속, 일예로 알루미늄의 증착두께를 조절하여 투명전극의 일함수를 제어할 수 있다.Although the above description focuses on the work function control and manufacturing method of the carbon nanotube transparent electrode, the thickness of the metal, for example, aluminum is controlled on the transparent electrode of carbon-based nanomaterials, such as graphene, in addition to the transparent electrode of the carbon nanotube material. It is possible to control the work function of the transparent electrode.
도 5는 알루미늄을 단계적으로 증착하는 동안 그라핀의 일함수와 측정된 UPS 스펙트럼을 나타낸다. (a)는 규격화한 정상적인 2차 전자 컷오프 영역의 스펙트럼과 배경을 제거한 밸런스 밴드 스펙트럼을 나타내고, (b)는 알루미늄 두께의 증가에 따른 그라핀의 일함수를 나타낸다.5 shows the work function of graphene and the measured UPS spectrum during the stepwise deposition of aluminum. (a) shows the spectrum of the normalized normal secondary electron cutoff region and the balance band spectrum with the background removed, and (b) shows the work function of graphene with increasing aluminum thickness.
도 5(a)의 2차 전자 컷 오프 영역에 도시한 것 처럼, 그라핀 의 2차 전자 컷 오프는 0.1nm의 알루미늄 증착으로 높은 결합에너지쪽으로 이동하였다. 상기 2차 전자 컷오프의 최대 변화는 0.1nm의 알루미늄 증착에서 발생되었고, 전체 변화는 높은 결합에너지를 향해 이동하였다. As shown in the secondary electron cutoff region of FIG. 5 (a), the secondary electron cutoff of graphene was moved toward the high binding energy with aluminum deposition of 0.1 nm. The maximum change in the secondary electron cutoff occurred at 0.1 nm aluminum deposition, and the total change shifted towards high binding energy.
0.1nm의 알루미늄 증착 후부터, 2차 전자 컷오프는 더 낮은 결합에너지로 다소 감소되었다. 그 결과 UPS 스펙트럼에 의하면 그라핀의 일함수가 도 4b에 도시한 바와 같이 알루미늄의 증착두께에 따라 변하였다.After 0.1 nm of aluminum deposition, the secondary electron cutoff was somewhat reduced to lower binding energy. As a result, according to the UPS spectrum, the work function of graphene is changed according to the deposition thickness of aluminum as shown in FIG. 4B.
UPS의 측정결과에 따라, 수소 열처리 후 알루미늄 증착 전에 그라핀의 일함수는 4.43eV였고, 그 이후 알루미늄의 증착 두께에 따른 그라핀의 일함수는 4.18eV(0.1nm 알루미늄에서), 4.24eV(0.3nm 알루미늄에서), 4.25eV(0.9nm 알루미늄에서) 및 4.24eV(2.7nm 알루미늄에서)였다. According to the UPS measurement, after hydrogen heat treatment, the graphene work function was 4.43 eV before aluminum deposition, and then the graphene work function was 4.18 eV (at 0.1 nm aluminum), 4.24 eV (0.3) nm aluminum), 4.25 eV (at 0.9 nm aluminum) and 4.24 eV (at 2.7 nm aluminum).
0.3nm의 알루미늄(111) 증착 이후, 상기 일함수는 그라핀 표면에서 알루미늄(111)의 우세한 양 때문에 알루미늄(111)의 일함수에 수렴한다. 그 결과, 그라핀의 일함수가 그라핀의 표면에 얇은 알루미늄층의 증착에 의해 4.18 내지 4.43eV로 변하게 될 수 있음을 알 수 있다.After deposition of 0.3 nm of
또한, 상기 탄소기반 나노소재의 투명전극에 금속 외에 유기물을 도핑하여 상기 투명전극의 일함수를 제어할 수 있다.In addition, the work function of the transparent electrode may be controlled by doping organic materials in addition to the metal to the transparent electrode of the carbon-based nanomaterial.
예를 들어, 상기 유기물은 2,3,5,6-테트라플루오로(Tetrafluoro)-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(tetracyanoquinodimethane), 코퍼 헥사데카플루오로프탈로시아닌(copper hexadecafluorophthalocyanine) 및 코발트옥신(cobaltocene) 중 선택된 어느하나가 사용될 수 있다.For example, the organic material is 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, copper hexadecafluorophthalocyanine And cobaltocene can be used.
이때, 상기 탄소기반 나노소재 투명전극에 2,3,5,6-테트라플루오로(Tetrafluoro)-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(tetracyanoquinodimethane) 또는 코퍼 헥사데카플루오로프탈로시아닌(copper hexadecafluorophthalocyanine)을 p도핑하면 페르미 레벨(fermi level;결정 내에서 어떤 에너지를 가지는 전자 수의 분포는 페르미 디랙(Fermi-Dirac)의 통계에 따르며,이 경우 전자의 존재 확률이 ㅍ이 되는 에너지 레벨. 이 레벨을 경계로 해서 전자의 분포 모양이 현저하게 변한다.)이 내려가고 일함수가 증가한다.In this case, 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane or copper hexadecafluorophthalocyanine ( When p-doped copper hexadecafluorophthalocyanine, the fermi level (the distribution of the number of electrons with any energy in the crystal is based on Fermi-Dirac's stats, in which case the energy level at which electrons are present). At this level, the distribution of electrons changes remarkably) and the work function increases.
그리고, 상기 탄소기반 나노소재 투명전극에 코발트옥신(cobaltocene)을 n도핑하면 페르미 레벨이 올라가고 일함수가 감소함으로써, 상기 투명전극의 일함수를 조정할 수 있다.In addition, when the carbon-based nanomaterial transparent electrode is n-doped with cobaltocene, the Fermi level rises and the work function decreases, thereby adjusting the work function of the transparent electrode.
여기서, 상기 금속 또는 유기물은 진공챔버에서 탄소기반 나노소재 투명전극 표면에 도핑된다. 왜냐하면, 진공증착법은 순도가 높은 극소량의 물질을 도핑하는데 적합하기 때문이다.
Here, the metal or organic material is doped to the surface of the carbon-based nanomaterial transparent electrode in the vacuum chamber. This is because the vacuum evaporation method is suitable for doping a very small amount of high purity material.
12 : 정공주입층 13 : 정공수송층
14 : 발광층 15 : 전자수송층
16 : 전자주입층 18 : 유기발광층
100 : 플렉시블 기판 110 : 탄소나노튜브 투명전극
111 : 알루미늄12: hole injection layer 13: hole transport layer
14 light emitting
16: electron injection layer 18: organic light emitting layer
100: flexible substrate 110: carbon nanotube transparent electrode
111: aluminum
Claims (10)
상기 탄소기반 나노소재 투명전극의 표면에 금속 또는 유기물을 도핑하여 상기 투명전극의 일함수를 조정하는 것을 특징으로 하는 탄소기반 나노소재 투명전극의 제조방법.
In the method of manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode,
Method of manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode, characterized in that to adjust the work function of the transparent electrode by doping a metal or organic material on the surface of the carbon-based nanomaterial transparent electrode.
The method of claim 1, wherein the work function of the carbon-based nanomaterial transparent electrode is adjusted by adjusting the doping depth of the metal or organic material.
The method of manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode according to claim 1, wherein the metal is aluminum (111).
The method of manufacturing a carbon-based nanomaterial transparent electrode according to claim 3, wherein the thickness of the aluminum (111) is controlled to be 0.3 nm or less so that the work function can be used as a cathode.
The method of claim 1, wherein the organic material is p-doped 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane doped with a carbon-based nanomaterial transparent electrode Or copper hexadecafluorophthalocyanine, or a cobaltocene n-doped to the carbon-based nanomaterial transparent electrode.
The method of claim 1, wherein the metal or organic material is doped in a vacuum chamber.
The method of claim 1, wherein the carbon-based nanomaterial is carbon nanotubes.
The method of claim 1, wherein the carbon-based nanomaterial is graphene.
The carbon-based nanomaterial transparent electrode manufactured by the manufacturing method of any one of claims 1 to 8.
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