臺灣博碩士論文加值系統

摘要

本研究於超臨界下利用沈積技術製作有機發光二極體膜之參數探討。主要是利用基板加熱的方式作為驅動力使原先超臨界二氧化碳飽和溶液析出成膜。在批次操作系統中，鍍膜槽及基板溫度會影響薄膜析出驅動力。當鍍膜槽溫度為35℃及基板溫度為60℃會有較佳的薄膜產生。鍍膜槽壓力由10.2MPa到40.8MPa則可提升成膜速率由0.25Å/s到0.75Å/s。另外，為了保護薄膜不受干擾，解壓時應維持基板溫度在60℃且解壓之體積流率為在S.T.P下15ml/s，可得到較佳的薄膜。在二次成長系統中，以批次式二次成長所得之薄膜相對於以連續式二次成長所得之薄膜有較佳的厚度以較小的粗糙度。最後，此種技術可成左漸峏騠s作出起始電壓為3.6V並且在電壓為6V會發出電流密度為1600mA/cm2之綠光的多層膜(ITO/PEDOT (60nm)/Alq3 (50nm)/LiF (0.5nm)/Al(100nm))有機發光二極體裝置。因此，超臨界流體沉積技術在製作有機發光二極體上有其可行性。

Abstract

This study is to investigate the operating parameters for manufacturing the thin film of organic light emitting diode (OLED) under supercritical fluids. By elevating substrate temperature as the driving force, OLED dissolved in supercritical carbon dioxide (SCCO2) becomes over-saturated leading to precipitate and form a thin film on the substrate. Basically, the driving force is determined by the temperature difference between reactor and substrate. To obtain a better thin film, the temperatures for the reactor and the substrate are 35 and 60℃, respectively. As increasing the reactor pressure from 10.2 to 40.8MPa, the deposition rate of OLED is increased from 0.25 to 0.75Å/s. Moreover, to protect the thin film not to disturb, the venting conditions should be kept at 60℃ same as substrate temperature and 15ml/sec the venting volume flow rate. In the second growth system, the film by the two-batch mode has larger thickness and less roughness than by two-continuous mode. Finally, this technology was successfully employed to fabricate a multilayer (ITO/PEDOT (60nm)/Alq3 (50nm)/LiF (0.5nm)/Al(100nm)) for an OLED device, which has the turn on voltage at 3.6V and can emit green light at 6V with 1600mA/cm2 current density. Hence, the technique of supercritical fluid deposition has shown a promise for fabricating OLED device.

目錄

摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XII
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1有機發光二極體 3
2.1.1有機發光二極體發展歷史 3
2.1.2有機發光二極體之基本構造及原理 5
2.1.3元件玻璃轉移溫度及劣化原因 8
2.1.4現有製程及缺點 11
2.1.5有機發光材料選擇 14
2.2超臨界流體原理及應用 15
2.2.1超臨界基本性質 15
2.2.2超臨界流體種類 17
2.2.3超臨界流體發展與應用 18
2.3超臨界流體之成膜技術 20
2.3.1各種方式成膜技術 20
2.3.2超臨界流體沈積技術 22
2.4 成膜原理及控制變數 24
2.4.1 析出熱力學原理 24
2.4.2成核理論 29
2.4.3薄膜成長 31
2.4.4 參數探討 32
第三章 實驗設計與步驟 34
3.1實驗流程 34
3.2高壓反應器設計 36
3.2.1增壓系統 37
3.2.2鍍膜槽設計 38
3.2.3保護輒]計 39
3.2.4萃取系統 40
3.2.5解壓系統 41
3.3玻璃清洗 42
3.4批次反應實驗 44
3.5二次成長 47
3.6薄膜電性量測 51
3.6.1多層膜材料選擇 51
3.6.2多層膜製作 52
3.6.2薄膜電性檢測系統 54
3.7檢測儀器介紹 55
3.7.1表面分析 55
3.7.2光電檢測 57
3.8實驗儀器及規格 58
3.9實驗藥品 59
第四章 結果與討論 60
4.1批次操作對成長ALQ3薄膜可行性 60
4.2批次操作下解壓時基板溫度控制對薄膜影響 63
4.3批次操作下體積流速對薄膜影響 65
4.4實驗設計法 67
4.5批次操作下時間對沈積物影響 76
4.6批次操作ALQ3用量及薄膜關係 80
4.7批次操作下壓力對薄膜影響 81
4.8批次操作下溫度對薄膜影響 84
4.9批次操作下共溶劑對薄膜影響 86
4.10熱處理對薄膜影響 88
4.11體積對薄膜影響 90
4.12二次成長對薄膜影響 93
4.12.1批次式二次成長 93
4.12.2連續式二次成長 96
4.13薄膜堆疊及表面形貌觀察 98
4.14電性量測 105
第五章 結果與討論 107
5.1總結 107
5.2、未來展望 109
參考資料 110



圖目錄

圖2.1、柯達公司首創採用異質接面雙層結構示意圖 4
圖2.2、有機發光體基本結構 5
圖2.3、傳統封裝OLED元件結構圖 6
圖2.4、有機發光二極體發光機制能帶圖 7
圖2.5、水及氧氣對OLED元件之影響(A)水(B)氧氣 10
圖2.6、VACUUM THERMAL EVAPORATION裝置圖 13
圖2.7、OVPD裝置圖 13
圖2.8、ALQ3化學結構式 14
圖2.9、一般物質三相圖 16
圖2.10、結合物理及化學沈積於OLED材料沈積裝置圖 23
圖2.11、固體溶質析時成核半徑對自由能變化圖 25
圖2.12、MIERS THREORY濃度對驅動力示意圖 26
圖2.13、均質成核及異質成核成長機制比較 29
圖2.14、異質成核區域 30
圖2.15、三種薄膜成長機制示意圖 31
圖2.16、非晶薄膜沈積區域 32
圖3.2、增壓系統示意圖 37
圖3.3反應器示意圖 38
圖3.4、保護誑傮N圖 39
圖3.5、萃取槽示意圖 40
圖3.6、解壓裝置示意圖 41
圖3.7、玻璃清洗示意圖 43
圖3.9、二次成長裝置圖 47
圖3.10多層膜材料能階圖 51
圖3.11、多層膜製作流程圖 53
圖3.12、多層膜試片電性量測系統 54
圖3.13、探針測量高低差示意圖 56
圖3.14、常見二極體I-V CURVE 57
圖4.1、不同放大倍率表面形貌之比較(A)10萬倍之ITO玻璃、(B)10萬倍之超臨界沈積薄膜、(C)20萬倍之ITO玻璃、(D) 20萬倍之超臨界沈積薄膜 61
圖4.2、EMISSION 62
圖4.3、非晶性ALQ3薄膜及ITO薄膜比較 62
圖4.4、解壓溫度與薄膜厚度關係圖 64
圖4.5、解壓溫度與粗糙厚度關係圖 64
圖4.6、解壓速度對薄膜厚度的影響 66
圖4.7、解壓速度對薄膜粗糙度的影響 66
圖4.8、獨立條件下薄膜厚度影響 72
圖4.9、鍍膜時基板溫度及鍍膜槽壓力交互條件下薄膜厚度影響 72
圖4.10、獨立條件下薄膜粗糙度影響 73
圖4.11、鍍膜時間及鍍膜時基板溫度交互條件下薄膜粗糙度影響 74
圖4.12、鍍膜時間及鍍膜槽壓力交互條件下薄膜粗糙度影響 74
圖4.13、鍍膜時基板溫度及鍍膜槽壓力交互條件下粗糙度影響 75
圖4.14、批次操作下時間對沈積物SEM圖(A)ITO玻璃、(B)沈積時間5MIN、(C)沈積時間10MIN、(D)沈積時間30MIN 77
圖4.15、沈積時間對薄膜厚度趨勢圖 78
圖4.16、沈積時間對相對粗糙度趨勢圖 78
圖4.17、不同壓力下沈積時間對薄膜厚度趨勢圖 79
圖4.18、不同壓力下沈積時間對相對粗糙度趨勢圖 79
圖4.19、批次反應沈積次數對ALQ3使用量變化 80
圖4.20、固定沈積時間10MIN及30MIN不同壓力對薄膜厚度影響 82
圖4.21、固定沈積時間10MIN及30MIN不同壓力對粗糙度影響 82
圖4.22、沈積時間為10MIN鍍膜速率對壓力趨勢圖 83
圖4.23、沈積時間為30MIN鍍膜速率對壓力趨勢圖 83
圖4.24、溫度對薄膜厚度影響 85
圖4.25、溫度對薄膜粗糙度影響 85
圖4.26、共溶劑的濃度對薄膜厚度影響 87
圖4.27、共溶劑的濃度對薄膜粗糙度影響 87
圖4.28、熱處理時間對薄膜厚度影響 89
圖4.29、熱處理時間對薄膜粗糙度影響 89
圖4.30、鍍膜槽體積變化對薄膜厚度影響 91
圖4.31、鍍膜槽體積變化對薄膜粗糙度影響 91
(B)、鍍膜槽體積200ML下30MIN鍍膜時間 92
圖4.32、不同沈積時間之表面形貌差異 92
圖4.33、不同置換量之表面形貌 94
圖4.34、不同置換量下薄膜厚度變化 95
圖4.35、不同置換量下薄膜粗糙厚度變化 95
圖4.36、連續式二次成長置換量對薄膜厚度影響 97
圖4.37、連續式二次成長置換量對薄膜粗糙厚度影響 97
圖4.38、較佳條件之表面形貌比較 103
圖4.39、多層膜之I-V CURVE 105
圖4.40、多層膜之電流密度對電壓曲線關係圖 105



















表目錄

表2.1、有機氣相沈積法和真空蒸鍍法比較 12
表2.2、超臨界流體的性質 16
表2.3、常見之超臨界流體臨界物理參數 17
表2.4、超臨界二氧化碳製作薄膜方法及貢獻 21
表3.1電漿清洗之條件 43
表4.1、主要變數對薄膜厚度及粗糙度影響 68
表4.2、因素設計表 (膜厚) 69
表4.3、實驗結果 69
表4.4、因素影響貢獻表 (膜厚) 71
表4.5、ANOVA TABLE (膜厚) 71
表4.6、因素影響貢獻表 (粗糙度) 73
表4.8、薄膜堆疊厚度比較 99

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