Vol. 67, No. 3, March 2017, pp. 301∼306 http://dx.doi.org/10.3938/NPSM.67.301
Turn-Off Electroluminescence Overshoots in Doped Alq Single-Layer Devices
Sehwan Park · Jihoon Lim · Wonil Yang · Hoon Park
· Changsun Kim · Jongho Kim · Heebaik Chae
∗Department of Physics, Soonchunhyang University, Asan 31538, Korea
Hyun Woung Shin
Department of Life Science and Biotechnology, Soonchunhyang University, Asan 31538, Korea (Received 30 September 2016 : revised 24 November 2016 : accepted 16 December 2016)
Dye-doped and nondoped single-layer Alq[tris(8-hydroxyquinolato)aluminum] devices with a thickness of 80 nm were characterized for a pulse length of 10 µs and a height of 7 V.
The devices had no organic/organic interface. DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7- tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran), C545T(10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2, 3, 6, 7-tetrahydro-lH, 5H, 11H-benzo[l]pyrano[6, 7, 8-ij] quinolizin-11-one), and rubrene(5,6,11,12- tetraphenylnaphthacene) were doped from 1 wt% to 10 wt%, and the thickness of the doped layer was varied from 15 nm to 60 nm. The doped layer was located inside the Alq matrix at least 10 nm from the electrodes in order to obtain the same injection characteristics. The relative amplitudes of the EL overshoots were shown to have become larger as the doping concentration and the thickness of the doping layer were increased. The dye molecules might be sources of traps in the Alq ma- trix, and the number of traps was proportional to the dopant concentration and the doping-layer’s thickness.
PACS numbers: 78.66.Qn, 78.60.Fi, 73.61.Ph Keywords: OLEDs, Dye doping, Trap
도핑된 Alq 단층 소자에서 펄스 전압이 꺼질 때의 발광 스파이크
박세환 · 임지훈 · 양원일 · 박훈 · 김창선 · 김종호 · 채희백
∗순천향대학교 물리학과, 아산 31538, 대한민국
신현웅
순천향대학교 생명시스템학과, 아산 31538, 대한민국
(2016년 9월 30일 받음, 2016년 11월 24일 수정본 받음, 2016년 12월 16일 게재 확정)
Alq 모재에 색소 (dye) 분자를 도핑시켜 제작한 단층 소자에 펄스 전압을 인가하였을 때 발생하는 전기발광의 과도 상태에 대하여 연구하였다. 도핑에 사용된 색소분자는 적색 도판트인 DCJTB 와 녹색 도판트인 C545T와 rubrene을 사용하였다. 서로 다른 종류의 유기물로 만 이루어진 유기물/유기물 계면은 전하 덫의 주된 소스가 되므로 이러한 명시적인 계면을 피하기 위하여 한가지 종류의 유기물을 사용하여 도핑 실험을 하였다. 즉, 두께 80 nm 의 단층 Alq 모재 내부에 도핑 층의 두께를 15, 30, 45, 60 nm 로
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변화 시켜 주었다. 또한 도핑 농도를 1 – 10 wt% 변화 시켜 주었다. 10 마이크로 초 펄스 전압이 꺼질 때 발생하는 전기발광 스파이크는 도핑농도가 커질 수록 점점 커지며, 도핑 층 두께가 두꺼워 질 수록 스파이크 높이가 증가하는 성질을 관측하였다. 이들은 색소 분자들이 덫으로서 작용을 하여 소자에 흐르는 전류 중에서 일부 전하들이 덫에 잡히게 된다. 펄스 전압이 꺼지게 되면 전하들이 덫에서 해방 되면서 이미 소자에 존재하는 전하들과 발광 재결합하며 스파이크가 발생하는 것으로 사료 된다.
PACS numbers: 78.66.Qn, 78.60.Fi, 73.61.Ph Keywords: 유기발광소자, 도핑, 덫 (트랩)
I. 서 론
유기 분자인 Alq(tris (8-hydroxyquinolato)aluminum) 는 단분자로서 전기발광소자에서 전자 이동 층 및 발광 층으로 많이 사용되고 있다. 유기전기발광소자 (organic electroluminescence devices) 에서 도핑 효과는 소자의 기 본 물성을 이해하는데 뿐만 아니라 디스플레이로 응용 하는 데에서도 매우 중요하다. 유기분자발광소자에서 도핑 효 과의 응용으로는 도핑 농도를 조절 함으로서 원하는 색을 얻을 수 있으며 [1], 발광효율을 증가 [2] 시킬 수 있고, 소자 수명을 연장 [3]시킬 수 있는 등 여러 분야에 걸쳐 있다.
총 두 께 가 80 nm 인 Alq 단 층 소 자 에 적 색 도 판 트인 DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7- tetra methyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran) 와 황 색 도 판 트 인 C545T(10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl- 2, 3, 6, 7-tetrahydro-lH, 5H, 11H-benzo[l]pyrano[6, 7, 8-ij] quinolizin-11-one) 및 rubrene (5,6,11,12- tetraphenylnaphthacene) 을 도핑시킨 발광소자를 제작하 여 이들 소자에 펄스 길이가 10 마이크로 초 인 전압 펄스를 인가하여 과도상태의 전기발광 신호를 측정하였다. 도판 트의 농도는 1 - 10 wt%로 변화시켜서 소자를 준비하였다.
각 각의 도판트 농도에서 소자의 구조를 변화시켰다. 소자 구조는 주로 도핑 층의 두께와 위치를 변화시켰다. 전극으 로부터 전하들의 주입 특성을 통일하기 위하여 양극과 음극 양 쪽의 금속 계면으로부터 유기물 쪽으로 최소한 10 nm 안쪽으로 들어가서 유기물을 도핑 시킨 층을 만나도록 하 였다. Fig. 1에 소자구조를 나타내었다. 음극 전극으로부터 10 nm 들어와서 도핑 층의 두께가 15, 30, 45, 및 60 nm 가 되는 소자를 만들었다. 따라서 양극으로부터는 55, 40, 25, 10 nm 들어가서 도핑 층을 만나게 되어있다. 전자와 정공은 금속 전극으로부터 주입 되어 모두 유기분자 Alq로 들어가서 이동을 시작하게 된다.
이러한 구조를 갖게 함으로서 소자 내에서 서로 100%
다른 종류의 유기물 층으로 이루어진 계면을 피하고자 하 였다. 유기물/유기물 계면은 전하들에 대한 에너지 장벽의
∗E-mail: hbchae@sch.ac.kr
Fig. 1. (Color online) Device structures for doped Alq single-layer with a total thickness of 80 nm. X nm (= 15, 30, 45 and 60 nm) is the thickness of the doped layer.
The distance from the edge of the doped layer to the cathode and anode is 10 nm and (70 – X) nm, respec- tively.
차이로 인하여 계면 층을 가로질러 전하들의 축적이 발생할 수 있기 때문이다. 우리는 계면에 축적 되는 전하들에 의한 효과를 배제하고 순전히 유기물 물질의 특성에 의한 과도 상태의 전기발광 특성을 보고자 하였다. 즉, 유기물이나 유기물 내에 불순물로 도핑 된 유기물들이 덫으로 역할을 하고, 여기에 트랩되는 전하들에 의한 전기발광 특성에 관 심을 가지고 실험을 하였다.
펄스 전압이 켜지게 되면 전자는 음극으로부터 유기물로 주입되고 정공은 양극으로부터 주입되어 서로 반대방향으로 이동하게 된다. Alq에서는 정공의 이동도는 매우 낮고 (µh
≈ 10−9 cm2/Vs) 그에 비하여 전자의 이동도 (µe ≈ 10−6 cm2/Vs) 는 정공에 비하여 2 - 3 오더 더 높다 [4]. 그러므로 단층 Alq소자인 경우에 재결합 영역은 주로 양극 쪽으로 위치하게 된다. 전자와 정공이 재결합 영역에서 만나서 엑시톤을 형성 한 후 대략∼10 ns의 수명을 가지고 발광 소멸하게 된다. 이렇게 발광하는 형광 엑시톤은 스핀이 단일항 이다.
우리는 이동도 보다는 펄스 전압이 꺼지게 되었을 때 나타 나는 과도상태의 전기발광 신호 (electroluminesence, EL) 에 관심이 있다. 과도상태의 전기발광과 함께 스파이크가 발생하는데 우리의 연구는 여기에 초점을 맟추어 진행하였 다. EL 스파이크에 대하여 여러 연구자들이 보고한 바는 다 음과 같다. Nikitenko et al. [5]과 Cheon and Shinar [6]는 이러한 EL 스파이크가 유기물/유기물 계면에서 전하들에
대한 에너지 장벽에 의하여 축적되는 전하들이나 혹은 덫에 트랩 된 전하들에 의한 것이라 설명하였다. 전압이 꺼지 게 되면서 축적된 전하들이 계면 혹은 덫으로부터 해방이 되면서 소자에 먼저 남아있던 전하들과 해방된 전하들의 상호 작용에 의한 재결합과 발광으로 인한 신호라고 설명 하였다. 폴리머인 MEH-PPV를 이용한 단층 소자에서도 스파이크가 Lupton [7]에 의하여 관측되었다. 이들은 음극 알루미늄과 폴리머 사이에 존재하는 얇은 산화막인 알루 미늄옥사이드에 축적되는 정공들에 의한 것으로 설명하였 다. 우리는 폴리머 대신에 저분자 유기물 단층 박막 소자를 이용하여 금속-폴리머 사이에 생기는 산화막 층과 유기물/
유기물 계면을 피하였다. 그럼에도 불구하고 스파이크가 발생하는 것으로 보아서 유기물 내에 존재하는 덫에 의한 것으로 판단된다.
II. 실 험
소자제작: total 두께가 80 nm이고 호스트 물질로서 단분 자 Alq를 사용하였으며, 도판트 분자로는 DCJTB, C545T 및 rubrene을 도핑농도 1 - 10 Wt% 로 변화시키며 제작한 소자에 대하여 연구하였다. 도핑 된 소자의 경우에 matrix Alq 내부에 15 nm에서부터 60 nm 두께로 도핑하였으나 total 두께는 80 nm를 유지하며 제작하였다 (Fig. 1 참조) 에 나타내었다. 음극으로부터 양극까지 전하 캐리어들이 통과하는 전체 거리는 80 nm가 된다. 금속 전극으로부터 전하 캐리어들의 주입 (injection) 을 모든 소자에서 동일한 조건이 되도록 하기 위하여 양극과 음극으로부터 최소한 10 nm 들어가서 도핑 층을 만나도록 하였다. 또한 유기물/
유기물 계면을 피하기 위하여 단일 종류의 유기물인 Alq 만을 사용하여 소자를 만들었다. 이 물질은 유기전기발광 소자에서 전자이동층 및 발광층으로 가장 많이 사용되는 대표적인 물질로 알려져 있다. 양극은 ITO를 폭이 2 mm 되도록 패터닝하였다. 유기물은 진공도가 10−6 torr 이하 에서 증착속도는 0.1 nm/s으로 열진공증착하였다. 도핑은 동시 증착하였다. 음극은 ITO 패턴과 수직한 방향으로 마스크를 사용하여 2 mm 폭으로 두께 100 nm 의 Al 을 증착하여 사용하였다. 그러므로 소자의 면적은 2×2 mm2 이 된다. 진공증착기로 만들어진 소자는 제작되자마자 곧 진공을 깨고 공기 중에서 발광특성, 스팩트럼 등의 측정이 이루어졌다.
실험장치 : 간단히 실험에 대하여 소개하자면 펄스인가 장치는 Agilent 81101A dc pulse/function generator로서 pulse 전압의 rising time과 falling time이 모두 5 ns이며 최대 전압으로 ±10 V를 인가할 수 있다. 발생한 발광신
Fig. 2. (Color online) Blue colored rectangular shape is the voltage pulse (pulse length = 10 µs, 7 V) which was used throughout in this experiment. Red circles are the EL signals in the device with DCJTB 10 wt% doped with a thickness of 60 nm. Black squares are the EL signals from the non-doped Alq single-layer device with a total thickness of 80 nm. Both EL signals are normalized with respect to the plateau of the EL saturation. The EL spikes after the pulse turned-off can be observed in both devices.
호는 Hamamatsu 5783-02 PM Tube(0.6 ns rise time) 로 측정하여 HP 54520A 500 MHz 오실로스코프와 연결하여 소자회로에 흐르는 전류와 함께 동시에 synchronized 시켜 측정이 되었다.
III. 결과 및 논의
펄스 길이가 10 µs이고 전압이 7 V인 펄스 전압 (blue line) 을 인가 하였을 때 보이는 전기발광의 대표적인 신호를 Fig. 2에 나타내었다. 여기서 사용된 도핑 소자는 DCJTB 가 10 wt%이며 도핑 층 두께가 60 nm로서 red circle로 나타내었다. Black square는 non-doped Alq 단층 소자의 신호이다. 두 소자 모두 총 두께는 80 nm이다. 나타낸 EL 은 모두 그들의 정상상태의 EL 값으로 normalized 되어 표 시하였다. DCJTB가 도핑 된 소자에서 펄스가 꺼지게 된 후 EL 스파이크가 매우 크게 나타나는 것을 볼 수 있다. 도핑 되지 않은 Alq 단층소자에서도 작은 스파이크를 관찰할 수 있다. 순수한 Alq 분자들로 이루어진 소자에서 trap이 존재 한다는 사실은 일찍이 펄스실험이 아닌 다른 실험들, 예를 들면 트랩 된 전하들의 열 적 자극에 의한 전류 (thermally stimulated current) 측정 [8] 등을 통하여 보고된 바가 있다.
DCJTB 10 wt% 도핑된 소자에서의 스파이크와 도핑 되지 않은 소자의 스파이크를 서로 비교하여 보았을 때 도핑 된
Fig. 3. (Color online) Normalized EL spikes from the device doped with DCJTB at (a) 10 wt%, (b) 5 wt%
and (c) 2 wt% in Alq with a doped layer thickness of 15, 30, 45, and 60 nm.
소자에서 6 – 7 배 이상 크게 나왔다. 또한 뒤에서 보이겠지 만 도핑 농도 증가와 도핑 두께의 증가에 따라 스파이크가 증가하는 것을 알 수 있다. 이것으로 보아서 EL 스파이크는 순수한 Alq 분자 자체가 가지는 덫의 농도 보다는 Alq 내에 존재하는 도판트 분자에 의한 덫 증가와 직접적인 관계가 있다는 것을 알 수 있다.
스파이크의 크기: DCJTB를 10 wt%로 고정시키고 도핑 층 두께를 15 nm에서 부터 60 nm까지 증가시킨 소자들에서 측정된 EL 스파이크를 Fig. 3(a) 에 나타내었다. 도핑 층의 두께가 증가함에 따라 EL 스파이크가 점차 증가함을 볼 수 있다. 도핑 농도를 5 wt%와 2 wt%로 일정하게 유지하고 도 핑 층의 두께를 15 nm에서부터 60 nm까지 증가시켜 제작한 소자들에서 측정된 EL 스파이크를 Fig. 3(b) 와 (c) 에 각 각 나타내었다. EL의 크기는 전류가 포화 값이 될 때 도달한 EL 포화 값으로 전부 규격화 하여 표시하였다. DCJTB 도핑 소자에서 도핑 농도를 일정하게 유지하고 도핑 층의 두께를 증가시킬 때 규격화 된 EL 스파이크의 크기가 점차 증가 함을 볼 수 있다. 그러나 2%와 5% 도핑소자에서 도핑 층 두께가 60 nm로 증가할 때 EL 스파이크의 증가 추세가 둔화되며 거의 포화 값을 보여주고 있다. 이러한 경향은 도핑 농도를 변화 시켰을 때도 비슷하게 나타난다. 즉, 도핑 농도를 2 wt%에서부터 10 wt%로 점차 증가 시켜주면 EL 스파이크는 증가함을 보여준다. 펄스가 꺼지게 된 다음에 보이는 스파이크는 덫에 잡혀 있던 전하들이 덫으로부터 해방되면서 소자에 아직 발광 소멸하지 않고 남아있던 전 하들과 재결합 발광하는 과정에서 생긴다고 볼 수 있다. 이
Fig. 4. (Color online) Normalized EL spikes from the device doped with C545T at (a) 10 wt%, (b) 5 wt% and (c) 1 wt% in Alq with a doped layer thickness of 15, 30, 45, and 60 nm.
과정에 대한 자세한 논의는 뒤에서 트랩 에너지 레벨과 함께 하겠다.
C545T를 10 wt%로 도핑하여 도핑 층의 두께를 15 nm 에서부터 60 nm까지 변화 시킨 소자에 펄스 전압을 인가하 여 얻은 EL 신호를 Fig. 4(a) 에 나타내었다. EL의 크기는 EL 포화 값에 대하여 규격화 하였다. DCJTB와 비교하여 전체적으로 EL이 작아졌으나 꺼지게 된 후 EL 스파이크는 도핑 층의 두께가 두꺼워 질수록 증가하는 경향을 보였다.
이 성질은 C545T와 DCJTB 모두 동일 하게 보여주고 있다.
C545T의 도핑 농도를 5 wt%와 1 wt%로 하고 도핑 층의 두께를 변화 시킨 소자에서 얻은 EL 신호를 Fig. 4(b) 와 (c) 에 각 각 나타내었다. C545T 1% 도핑의 경우에도 DCJTB 와 비슷하게 도핑 층 두께가 60 nm일 때 EL 스파이크가 포화되는 경향을 보인다. 도핑 농도가 감소함에 따라 EL 스파이크의 크기는 감소하나 도핑 층의 두께가 증가함에 따라 스파이크의 크기는 모두 증가함을 보여준다.
rubrene 은 OLED 소자에서 녹색 형광 도판트 역할과 함께 소자의 수명을 향상 시키기 위한 도판트로서 많이 사 용되는 물질이다 [9]. rubrene 분자는 구조적으로 안정도가 뛰어나며 Alq 내에서 DCJTB와 함께 사용하면 보다 효과 적인 에너지를 전달하는 물질로 알려져 있다 [1]. 우리는 rubrene 을 Alq 에 도핑한 소자들에 대한 EL 스파이크를 구하여 Fig. 5에 나타내었다. rubrene의 도핑 농도를 10, 5, 그리고 2 wt%으로 제작한 소자들로부터 얻은 EL 스파이크 를 각각 (a), (b) 그리고 (c) 에 나타내었다. rubrene의 경우 에도 일정한 도핑 농도에서 도핑 층의 두께는 15, 30, 45, 및
Fig. 5. (Color online) Normalized EL spikes from the device doped with rubrene at (a) 10 wt%, (b) 5 wt% and (c) 2 wt% in Alq with a doped layer thickness of 15, 30, 45, and 60 nm.
60 nm로 소자를 만들어주어 실험하였다. 앞서 DCJTB와 C545T에서와 유사하게 도핑 농도와 도핑 층 두께가 증가 함에 따라 스파이크가 증가하는 경향을 보인다.
이상의 DCJTB와 C545T 및 Rubrene 를 Alq에 도핑한 소자에서 펄스전압이 꺼질 때의 EL 스파이크의 EL 포화 값에 대한 상대적인 크기를 Fig. 6의 (a), (b) 및 (c) 에 나타 내었다. 점선으로 나타낸 것은 도핑하지 않은 순수한 Alq 에서 발생한 스파이크의 크기이다. x축은 도핑 층의 두께 이며 y축은 EL 스파이크의 크기를 보여주고 있다.
각각의 도판트에서 일정한 도핑농도를 가질 때 도핑 층의 두께가 증가할수록 스파이크 크기가 증가한다는 사실을 알 수 있다. 이것은 도판트가 trap의 역할을 한다는 사실을 직접적으로 증명하는 것이다. 왜냐하면 도핑 농도가 일정할 때 도핑 층의 두께가 증가할수록 도판트 분자 수가 증가하 게 되고 이것은 바로 덫의 증가를 의미하는 것이기 때문이 다. Fig. 6에서 도핑 두께가 zero로 갈 때 EL 스파이크의 크기를 외삽 시키면 0이 되지 않고 순수한 Alq 가 가지는 EL 스파이크의 값에 접근하는 경향을 보여준다. 이것으로 보아서 도핑되지 않은 순수한 Alq 유기물/금속 계면에 트 랩 된 전하들의 효과가 나타나는 것이라 할 수 있다. 덫이 많아지게 되면 전하 캐리어들의 트랩핑도 증가하며 전압이 꺼지게 될 때 덫에서 해방 되는 전하수도 증가하게 된다.
이 사실은 그대로 도판트의 농도가 증가 할 때에도 적용이 가능하다. 이것은 실험적으로도 보여지는 바와 같다. 즉, 그림에서 보여지는 바와 같이 각 도판트의 농도가 1∼2%
에서 10%로 증가함에 따라 스파이크의 크기가 증가한다는
Fig. 6. (Color online) Normalized EL spikes for the Alq device doped with (a) DCJTB, (b) C545T and (c) rubrene vs a doped thickness of 15, 30, 45 and 60 nm.
The dashed line (0.11) is the normalized EL spike from the pristine Alq (80 nm) single-layer device.
Fig. 7. (Color online) Normalized EL spikes for the Alq device doped with (a) DCJTB, (b) C545T and (c) rubrene vs a doped thickness of 15, 30, 45 and 60 nm.
The dashed line (0.11) is the normalized EL spike from the pristine Alq (80 nm) single-layer device.
실험적인 증거는 도판트 분자가 덫의 역할을 한다는 사실을 가리킨다. 이러한 사실을 간접적으로 보여주는 것은 Fig. 7 에서와 같이 호스트 Alq의 에너지 밴드 갭 내에 우리가 사 용한 색소 분자들의 에너지 레벨 [10]들이 위치하여 shallow level들을 형성하고 있다는 것이다.
스파이크가 나타나는 시간은 농도의 변화나 도핑 층 두 께의 변화에는 무관하게 펄스가 꺼지게 된 후 350± 30 ns 정도에서 일정하게 나타났다.
스파이크 발생 과정 : 소자에 펄스 전압이 켜지게 되면 전자와 정공이 주입되면서 전류가 흐르게 된다. 이 때 전하 들은 발광 재결합하거나 덫에 잡히게 되면서 전체 전류는 준 평형상태에 이르게 되며 이에 따라 EL도 포화 값에 이르게
된다. 우리가 제작한 소자들은 RC 시정수가 300 ns 정도를 가지며 펄스가 켜진 후부터 전기발광이 급격히 증가하여 2 - 3 µs 정도 지나면 평형상태에 이른다.
펄스 전압이 꺼지게 되면서 나타나는 EL 스파이크에 대 해서는 Nikitenko et al. [5]이 복 층 폴리머 소자들에 대한 연구로부터 유기물 계면에 축적된 전하들에 의한 것으로 유추하였다. Cheon and Shinar [6]은 40 nm의 α-NPD와 40 nm의 DPVBi 복 층 소자에 대한 연구를 하였다. 그들은 유기물 계면에서 DPVBi 쪽으로 1 nm 두께로 색소 분자 DCM2를 1 – 10 wt% 도핑 시킨 소자에서 도핑 농도가 증가 할 수록 스파이크의 크기가 증가함을 알게 되었다. 그들은 덫에 축적되어있던 전하들이 덫에서부터 나와서 주위에 있던 전하들과 발광 재결합하는 것으로 설명하였다. 다만 Cheon and Shinar은 재결합 과정을 좀더 상세히 분석하여 전하들이 재결합과정에서 correlated charge pair (ccp) 을 거쳐 간다고 설명하였다. 우리는 Cheon and Shinar [6]의 논의를 따르며 설명하고자 한다.
펄스전압이 꺼지게 되면 전극으로부터 더 이상 전하 공 급은 중단 되면서 새로운 exciton 생성은 멈추게 되며 이미 형성된 exciton은 대략 30 ns의 수명을 가지고 발광 소멸하 게 된다. 그러나 이 때부터 덫에 잡혀 있던 전하들이 덫에서 해방 되면서 덫에서 나와서 자유롭게 움직이게 된다. 이 때 소자 내부에 아직 재결합 발광 소멸하지 않고 남아 있던 기존의 전하들과 덫에서 해방된 전하들과 서로 반대 부호의 전하들끼리 서로 쿠울롱 상호 작용하게 된다. 만일 전자와 정공이 Onsagar 반경 (혹은 쿠울롱 반경) 이내에 있다면 이들은 서로 결합하게 되어 ccp를 만든다. 이 ccp들은 재 결합하여 발광과정으로 소멸하게 되는데 이 과정은 덫에서 해방 되는 과정과 관련이 있으며 펄스가 꺼지는 시간을 기 점으로 하여 지수함수 적으로 소멸하게 된다. 덫에서 해방 되는 전하들의 수가 최대에 이르면 전기발광 신호가 피크를 이루며 EL 스파이크를 보이게 된다.
우리가 실험을 위하여 제작한 도핑된 Alq 소자는 유기물/
유기물 계면을 피하기 위하여 단층소자를 이용하였다. 이 소자들에 인가 된 펄스 전압이 꺼진 뒤에 발생하는 EL 스파 이크는 펄스가 꺼지기 전에 전류가 정상상태에서 전하들에 의하여 생성된 exciton이 아니며 이들은 펄스가 꺼진 후에 소자 내부에 발광 하지 않고 남아있던 전하들에 의한 것이 다. 그 남아있던 전하들은 유기물 계면이 있으면 그 계면에 축적되어있던 전하들일 것이다. 우리소자에는 100% 서로 다른 유기물로 이루어진 계면은 없으나 도핑 층과 유기물의 계면이나 유기물 자체의 덫들에 트랩 되었던 전하들에 의한 것이다. 즉, 트랩 되어 있던 전하들이 펄스가 꺼질 때 덫으 로부터 해방되어 나와서 소자에 아직 발광 소멸되지 않고 남아있던 전하와 재결합 발광하는 현상이다.
IV. 결 론
단층 Alq 80 nm 두께의 소자에 DCJTB, C545T 및 Rubrene 을 1 – 10 wt% 로 농도를 변화 시키며 도핑 층 의 두께를 15 – 60 nm 로 제작한 소자에 펄스 길이가 1 µs, 전압이 7 V인 펄스를 인가하여 정상상태의 EL과 펄 스전압이 꺼진 다음의 EL 스파이크를 측정하였다. 도핑 농도가 증가함에 따라 스파이크의 크기가 증가하는 경향을 보여주었다. 또한, 일정한 도핑 농도를 가지는 소자에서는 도핑 층의 두께가 증가함에 따라 스파이크가 증가하는 하는 경향을 보여 주었다 이로서 도판트가 덫의 역할을 함을 알 수 있으며 이는 도판트들의 에너지 레벨을 보았을 때 이들이 shallow trap 레벨로서 행동함을 확인할 수 있다. 즉, 펄스가 켜진 상태에서 덫에 점유 된 전하들이 펄스가 꺼지게 될 때 덫에서 해방 되면서 소자에서 아직 발광소멸 하지 않고 남 아있던 전하들과 발광 재결합하면서 스파이크가 발생함을 알게 되었다.
REFERENCES
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