臺灣博碩士論文加值系統

本研究探討聚苯胺(Polyaniline；簡稱PANI)與五環素(Pentacene；簡稱PEN)於紫外光(Ultraviolet；簡稱UV)照射前後之電特性的變化。利用電流-電壓(Current-Voltage；簡稱I-V)觀測技術測量金(Au)/PANI/Au 試片與Au/PEN/Au 試片之I-V 特性曲線，並且使用傳輸線模型(Transmission line model)計算PANI 和PEN 的片電阻(Sheet resistance)以及Au/PANI 和Au/PEN 的特徵接觸電阻(Specific contact resistance)。接著利用X 光光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectroscopy)測量PANI 的高束縛能截止區域能譜(High binding energy cutoff) 與C 1s 核心能階位置，其結果分別指出經UV 照射後，導致PANI 的功函數(Work function)變小以及表面能帶彎曲(surface band bending)變大；另外，測量PEN 的C 1s 和O 1s 核心能階位置，探討經UV 照射前後PEN 之化學鍵結的變化。最後利用微拉曼及微光激發光譜儀測量PANI 和PEN 之拉曼光譜(Raman spectroscopy)，探討經UV 照射前後PANI 與PEN 之化學結構的變化。

The effects of ultraviolet (UV) irradiation on the electrical properties of polyaniline (PANI) and pentacene (PEN) have been researched in this study. Electrical conductivity measurements were used to characterize the Au/PANI/Au and Au/PEN/Au devices. The transmission line model (TLM) is applied to calculate the sheet resistance of PANI and PEN, and the specific contact resistance of Au/PANI and Au/PEN. High binding energy cutoff and core level of C 1s of PANI determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were carried out to investigate changes in the work function and the surface band bending of PANI. From the observed XPS and Raman spectroscopy measurements, it is suggested the variation of chemical bonding of PEN and chemical conformation of PANI.

目 錄
中文摘要----------------------------I
英文摘要 -------------------------II
誌謝 ---------------------------------III
目錄 --------------------------------IV
圖目錄 ------------------------------VII
表目錄 ---------------------------------X
第一章 簡介------------------------1
1.1 有機光電元件介紹 ----------------------------1
1.2 材料簡介 -------------------------------5
1.2.1 聚苯胺的基本性質與應用 -------------------------8
1.2.2 五環素的基本性質與應用 -----------------------11
1.3 研究動機 ---------------------------------13
第二章 實驗方法與量測理論 ----------------------19
2.1 電流-電壓量測法 -----------------------19
2.2 傳輸線模型 ----------------------------19
2.3 薄膜沉積 --------------------------------23
2.3.1 直流濺鍍系統 -------------------------25
2.3.2 熱蒸鍍系統 -----------------------------26
2.4 X 光光電子能譜儀 --------------------------27
2.4.1 X 光光電子能譜儀簡介 ---------------------27
2.4.2 X 光光電子能譜儀之儀器架構 ------------------29
2.5 微拉曼及微光激發光譜儀 -----------------------32
2.5.1 微拉曼及微光激發光譜儀簡介 -------------------32
2.5.2 微拉曼及微光激發光譜儀之儀器架構 ---------------35
第三章 實驗步驟 -----------------------------38
3.1 研究架構與流程 -------------------------38
3.2 試片切割與清潔 -------------------------39
3.3 電流-電壓量測 ---------------------------39
3.4 X 光光電子能譜量測 --------------------------41
3.5 拉曼光譜量測 ---------------------------43
第四章 實驗結果與討論 ----------------------------44
4.1 聚苯胺相關研究 -----------------------------44
4.1.1 紫外光照射前後功函數的變化 ---------------------44
4.1.2 紫外光照射前後表面能帶彎曲的變化----------------46
4.1.3 紫外光照射前後導電率的變化 --------------------49
4.2 五環素相關研究 ----------------------------54
4.2.1 利用電流-電壓量測紫外光照射前後電特性的變化 -----54
4.2.2 利用X 光光電子能譜探討紫外光照射前後電特性的變化----57
4.2.3 利用拉曼光譜探討紫外光照射前後電特性的變化 --------60
第五章 結論 -------------------------63
參考文獻 -------------------------65
圖目錄
圖1-1、顯示器的種類 -------------------------3
圖1-2、(a)柯達公司1987 年首創採用異質接面雙層結構之OLED 以及其(b)能帶示意圖 -----------------------------6
圖1-3、Alq3之化學結構 ------------------------7
圖1-4、Diamine 之化學結構 -------------------7
圖1-5、PPV之化學結構 --------------------7
圖1-6、(a)氧化單體；(b)還原單體 -----------------9
圖1-7、(a)完全還原態，無色；(b)鹼式中間氧化態，藍色；(c)完全氧化態，紫紅色；(d)鹽式中間氧化態，綠色 ------------11
圖1-8、(a) PEN 之LUMO 與HOMO 能階；(b) PEN 之化學結構 ----13
圖1-9、PEDOT-PSS 當陽極緩衝層之元件操作的生命週期衰退特性之關係圖 -----------------------14
圖1-10、PVDF 之導電特性與氪氟準分子雷射(能量為190 mJ/cm2)脈衝次數之關係圖 ------------------------16
圖1-11、(a)未照射與(b)氪氟準分子雷射照射PVDF 之拉曼光譜--------16
圖1-12、XPS 量測PVDF 於氪氟準分子雷射照射前後之F 1s 核心能階位置 ------------------------------17
圖2-1、(a)Au/PANI/Au 試片之俯視圖；(b)Au/PANI/Au 試片之剖面圖 ---------------------21
圖2-2、(a)Au/PEN/Au 試片之俯視圖；(b)Au/PEN/Au 試片之剖面圖--22
圖2-3、利用TLM 量測的R-S 關係圖 -----------------23
圖2-4、直流濺鍍系統示意圖 -----------------------26
圖2-5、熱蒸鍍系統示意圖 -----------------27
圖2-6、光電子發生原理示意圖 -------------------29
圖2-7、XPS 之硬體結構示意圖 ---------------------30
圖2-8、X 光光電子能譜儀 -----------------------31
圖2-9、雙陽極X 光光源結構示意圖 -------------------31
圖2-10、試片接地示意圖 -------------------------32
圖2-11、雷利和拉曼散射的來源 --------------------34
圖2-12、微拉曼及微光激發光譜儀之架構示意圖 -----------36
圖2-13、微拉曼及微光激發光譜儀 --------------------36
圖3-1、研究架構與流程 -------------------------38
圖4-1、XPS 量測(a)未照射與(b)UV 照射後PANI/ITO 試片和(c)ITO 表面的高束縛能截止區域能譜 -----------------------45
圖4-2、(a)未照射與(b)UV 照射後PANI 的C 1s 核心能階位置--------47
圖4-3、(a)氧電漿處理與(b)沉積銥之後再經由氧電漿處理後ITO 的C 1s 核心能階位置 -----------------------------47
圖4-4、(a)未照射與(b)UV 照射後PANI 的能帶圖[Evac：真空能階；EHOMO：最高佔據分子軌域能階；EF：費米能階；ΦW：功函數]---------48
圖4-5、(a)未照射與(b)UV 照射後Au/PANI/Au 試片之I-V 曲線圖----51
圖4-6、(a)未照射與(b)UV 照射後Au/PANI/Au 試片之R-S 關係圖----51
圖4-7、(a)非導電與(b)導電的PANI 之拉曼光譜-------------------52
圖4-8、(a)未照射與(b)UV 照射PANI 之拉曼光譜------------------53
圖4-9、(a)未照射與(b)UV 照射後Au/PEN/Au 試片之I-V 曲線圖-----55
圖4-10、(a)未照射與(b)UV 照射後Au/PEN/Au 試片之R-S 關係圖----56
圖4-11、(a)未照射與(b)UV 照射後PEN 的C 1s 核心能階位置；(c)為(a)和(b)的差 ------------------------58
圖4-12、(a)未照射與(b)UV 照射後PEN 的O 1s 核心能階位置--------59
圖4-13、(a)未照射與(b)UV 照射後PEN 之拉曼光譜----------------61
圖4-14、未經處理與鋰摻雜於PEN 之拉曼光譜 -----------62
表目錄
表1-1、液晶顯示器的優勢 --------------------------4
表1-2、有機電激發光顯示器的優勢 -------------------4
表1-3、小分子與高分子材料比較 ---------------------8
表1-4、PANI 的基本性質 -----------------------10
表1-5、PEN 的基本性質 -------------------12
表2-1、X 光光源的能量和能譜半高寬之比較 ------------32
表2-2、微拉曼及微光激發光譜儀之基本規格 -------------37
表4-1、PANI 於UV 照射前後之各種參數 ---------------52
表4-2、PEN 於UV 照射前後之各種參數 ----------------56

1. 陳金鑫和黃孝文, 有機電激發光材料與元件 (五南圖書出版股份有限公司, 台北, 2006).
2. 河村正行 著, 趙忠興 譯, 有機EL 顯示面板的原理與技術 (全華科技圖書股份有限公司, 台北, 2005).
3. K. Shibata, H. Wada, K. Ishikawa, H. Takezoe, and T. Mori, Appl. Phys. Lett. 90, 193509 (2007).
4. D. J. Gundlach, L. Zhou, J. A. Nichols, T. N. Jackson, P. V. Necliudov, and M. S. Shur, J. Appl. Phys. 100, 024509 (2006).
5. T. Cahyadi, H. S. Tan, S. G. Mhaisalkar, P. S. Lee, F. Boey, Z.-K. Chen, C. M. Ng, V. R. Rao, and G. J. Qi, Appl. Phys. Lett. 91, 242107 (2007).
6. S. C. Lim, S. H. Kim, J. B. Koo, J. H. Lee, C. H. Ku, Y. S. Yang, and T. Zyung, Appl. Phys. Lett. 90, 173512 (2007).
7. Y. Chen and I. Shih, Org. Electronics 8, 655 (2007).
8. T. S. Huang, Y. K. Su, and P. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 91, 092116 (2007).
9. M. Xu, M. Nakamura, and K. Kudo, Thin Solid Films 516, 2776 (2008).
10. Y. J. Lin, H. C. Chang, and B. Y. Liu, Appl. Phys. Lett. 90, 112112 (2007).
11. Y. J. Lin, F. M. Yang, C. Y. Huang, W. Y. Chou, J. Chang, and Y. C. Lien, Appl. Phys. Lett. 91, 092127 (2007).
12. J. Chen, L. Xu, J. Lin, Y. Geng, L. Wang, and D. Ma, Appl. Phys. Lett. 89, 083514 (2006).
13. J. A. Duraes, M. J. Araujo Sales, R. F. Souto, A. Romariz, J. C. da Costa, A. M. Ceschin, and S. G. C. Moreira, Appl. Phys. Lett. 89, 133502 (2006).
14. M. Nakano, A. Tsukazaki, R. Y. Gunji, K. Ueno, A. Ohtomo, T. Fukumura, and M. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 91, 142113 (2007).
15. Y. J. Lin, Appl. Phys. Lett. 92, 046101 (2008).
16. J. Ouyang, Q. Xu, C. W. Chua, Y. Yang, G. Li, and J. Shinar, Polymer 45, 8443 (2004).
17. 陳俊宏，生活科技教育月刊，三十七卷第三期，119 (2004).
18. C. W. Tang and S. A. VanSlyke, Appl. Phys. Lett. 51, 913 (1987).
19. C. W. Tang, S. A. Vanslyke, and C. H. Chen, J. Appl. Phys. 65, 3610 (1989).
20. J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. MacKay, R. H. Friend, P. L. Burn, and A. B. Holmes, Nature 347, 539 (1990).
21. 潘柏均, 含Fluorene 與Carbazole 之可溶性共聚物光學性質比較 (國立交通大學應用化學研究所碩士論文, 新竹, 2000).
22. S. A. Chen, K. R. Chuang, C. I. Chao, and H. T. Lee, Synth. Met. 82, 207 (1996).
23. 林裕棠, 梳狀聚苯乙烯磺酸與聚苯胺複合材料之合成與分析 (國立中央大學化學工程與材料工程研究所碩士論文, 桃園, 2003).
24. H. Letheby, J. Chem. Soc. 15, 161 (1862).
25. L. Langer, Solid state Commum 26, 839 (1978).
26. A. G. Macdiarmid, J. C. Chiang, M. Halpern, W. S. Huang, S. L. Mu, N. L. D. Somasir, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 121, 173 (1985).
27. B. Xu, Y. Ovchenkov, M. Bai, A. N. Caruso, A. V. Sorokin, S. Ducharme, B. Doudin, and P. A. Dowben, Appl. Phys. Lett. 81, 4281 (2002).
28. K. Fehse, G. Schwartz, K. Walzer, and K. Leo, J. Appl. Phys. 101, 124509 (2007).
29. Y. Yang, E. Westerweele, C. Zhang, P. Smith, and A. J. Heeger, J. Appl. Phys. 77, 694 (1995).
30. B. Werner, J. Posdorfer, B. Wessling, S. Heun, H. Becker, H. Vestweber, and T. Hassenkam, Proc. SPIE 4800, 115 (2003).
31. J. R. Posdorfer, B. Werner, B. Wessling, S. Heun, and H. Becker, Proc. SPIE 5214, 188 (2004).
32. I. D. Parker, J. Appl. Phys. 75, 1656 (1994).
33. J. C. Scott, G. G. Malliaras, W. D. Chen, J. C. Breach, J. R. Salem, P. J. Brock, S. B. Sachs, and C. E. D. Chidsey, Appl. Phys. Lett. 74, 1510 (1999).
34. J. W. Park, K. J. Baeg, J. Ghim, S. J. Kang, J. H. Park, and D. Y. Kim, Electrochemical and Solid-State Letters 10, 340 (2007).
35. Y. Y. Lin, D. J. Gundlach, T. N. Jackson, and S. F. Nelson, IEEE Trans. Electron. Dev. 44, 1325 (1997).
36. M. Daraktchiev, A. von Mhlenen, F. Nuesch, M. Schaer, M. Brinkmann, M. N. Bussac, and L. Zuppiroli, New J. Phys. 7, 133 (2005).
37. J. Lee, D. K. Hwang, C. H. Park, S. S. Kim, and S. Im, Thin Solid Films 451-452, 12 (2004).
38. M. H. Choo, W. S. Hong, and S. Im, Thin Solid Films 420-421, 492 (2002).
39. D. Knipp and R. A. Street, J. Non-Cryst. Solids 338-340, 595 (2004).
40. C. Voz, J. Puigdollers, I. Martin, D. Munoz, A. Orpella, M. Vetter, and R. Alcubilla, Solar Energy Mater. Solar Cells 87, 567 (2005).
41. S. D. Wang, T. Minari, T. Miyadera, K. Tsukagoshi, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 91, 203508 (2007).
42. P. Parisse, M. Passacantando, and L. Ottaviano, Appl. Surf. Sci. 252, 7469 (2006).
43. Y. F. Zhou, Y. B. Yuan, L. F. Cao, J. Zhang, H. Q. Pang, J. R. Lian, and X. Zhou, Journal of Luminescence 122–123, 602 (2007).
44. Y. Ji and Y. Jiang, Appl. Phys. Lett. 89, 221103 (2006).
45. A. Wang, I. Kymissis, V. Bulovic, and A. I. Akinwande, Appl. Phys. Lett. 89, 112109 (2006).
46. J. M. Choi, D. K. Hwang, J. M. Hwang, J. H. Kim, and S. Im, Appl. Phys. Lett. 90, 113515 (2007).
47. D. K. Schroder, Semiconductor Material and Device Characterization, 3nd ed. (Wiley & Sons, New York, 1998), p. 146.
48. S. Gowrisanker, Y. Ai, M. A. Quevedo-Lopez, H. Jia, H. N. Alshareef, E. Vogel, and B.Gnade, Appl. Phys. Lett. 92, 153305 (2008).
49. Hong Xiao 著, 羅正忠和張鼎張 譯, 半導體製程技術導論 (學銘圖書有限公司, 台北, 2005).
50. 李正中, 薄膜光學與鍍膜技術 (藝軒圖書出版社, 台北, 2006).
51. 游長峯, 硫化處理之氧化銦錫對有機發光二極體光電特性影響之研究 (國立彰化師範大學光電科技研究所碩士論文, 彰化, 2007).
52. 汪建民, 材料分析 (中國材料科學學會, 新竹, 1998).
53. 台灣大學貴重儀器中心, http://www.hic.ch.ntu.edu.tw/.
54. 孫逸民, 陳玉舜, 趙敏勳, 謝明學和劉興鑑, 儀器分析 (全威圖書有限公司, 台北, 1997).
55. 成功大學微奈米科技研究中心, http://140.116.176.21/www/index.htm.
56. Y. Yang and A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett. 64, 1245 (1994).
57. H. Y. Yu, X. D. Feng, D. Grozea, Z. H. Lu, R. N. S. Sodhi, A-M. Hor, and H. Aziz, Appl. Phys. Lett. 78, 2595 (2001).
58. R. Schlaf, C. D. Merritt, L. A. Crisafulli, and Z. H. Kafafi, J. Appl. Phys. 86, 5678 (1999).
59. S. Y. Kim and J. L. Lee, Appl. Phys. Lett. 87, 232105 (2005).
60. S. Y. Kim, J. M. Baik, H. K. Yu, and J. L. Lee, J. Appl. Phys. 98, 093707 (2005).
61. L. Giraudet, S. Fauveaux, O. Simonetti, C. Petit, K. Blary, T. Maurel, and A. Belkhir, Synth. Met. 156, 838 (2006).
62. W. K. Kim and J. L. Lee, Appl. Phys. Lett. 88, 262102 (2006).
63. D. J. Yun, D. K. Lee, H. K. Jeon, and S. W. Rhee, Org. Electronics 8, 690 (2007).
64. P. V. Necliudov, M. S. Shur, D. J. Gundlach, and T. N. Jackson, Solid-State Electron. 47, 259 (2003).
65. H. Etori, X. L. Jin, T. Yasuda, S. Mataka, and T. Tsutsui, Synth. Met. 156, 1090 (2006).
66. T. Yu, W. Su, W. Li, R. Hua, B. Chu, and B. Li, Solid-State Electron. 51, 894 (2007).
67. L. Zou, V. Savvate'ev, J. Booher, C. H. Kim, and J. Shinar, Proc. SPIE 4464, 197 (2002).
68. J. S. Kim, R. H. Friend, and F. Cacialli, Appl. Phys. Lett. 74, 3084 (1999).
69. S. Y. Ni, X. R. Wang, Y. Z. Wu, H. Y. Chen, W. Q. Zhu, X. Y. Jiang, Z. L. Zhang, and R. G. Sun, Appl. Phys. Lett. 85, 878 (2004).
70. P. Melpignano, A. Baron-Toaldo, V. Biondo, S. Priante, R. Zamboni, M. Murgia, S. Caria, L. Gregoratti, A. Barinov, and M. Kiskinova, Appl. Phys. Lett. 86, 041105 (2005).
71. T. Berzina, V. Erokhin, and M. P. Fontana, J. Appl. Phys. 101, 024501 (2007).
72. R. P. McCall, J. M. Ginder, J. M. Leng, H. J. Ye, S. K. Manohar, J. G. Masters, G. E. Asturias, A. G. MacDiarmid, and A. J. Epstein, Phys. Rev. B 41, 5202 (1990).
73. S. P. Park, S. S. Kim, J. H. Kim, C. N. Whang, and S. Im, Appl. Phys. Lett. 80, 2872 (2002).
74. S. J. Kang, Y. Yi, C. Y. Kim, K. H. Yoo, A. Moewes, M. H. Cho, J. D. Denlinger, C. N. Whang, and G. S. Chang, Phys. Rev. B 72, 205328 (2005).
75. A. Vollmer, O. D. Jurchescu, I. Arfaoui, I. Salzmann, T. T. M. Palstra, P. Rudolf, J. Niemax, J. Pfiaum, J. P. Rabe, and N. Koch, Eur. Phys. J. E 17, 339 (2005).
76. V. Nádaždy, R. Durný, J. Puigdollers, C. Voz, S. Cheylan, and K. Gmucová, Appl. Phys. Lett. 90, 092112 (2007).
77. D. Knipp, T. Muck, A. Benor, and V. Wagner, Journal of Non-Crystalline Solids 352, 1774 (2006).
78. S. Ogawa, T. Naijo, Y. Kimura, H. lshii, and M. Niwano, Appl. Phys. Lett. 86, 252104 (2005).
79. J. F. Moulder, W. F. Stickle, P. E. Sobol, and K. D. Bomben, Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy (Perkin-Elmer Corporation, Minnesota, 1992), p. 44.
80. K. H. Lee, H. W. Jang, K. B. Kim, Y. H. Tak, and J. L. Lee, J. Appl. Phys. 95, 586 (2004).
81. H. Estrade-Szwarckopf, B. Rousseau, C. Herold, and P. Lagrange, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 310, 231 (1998).
82. 郭家瑋, 有機薄膜電晶體之載子傳輸特性研究 (國立成功大學物理系博士論文, 台南, 2006).
83. R. He, I. Dujovne, L. Chen, Q. Miao, C. F. Hirjibehedin, A. Pinczuk, C. Nuckolls, C. Kloc, and A. Ron, Appl. Phys. Lett. 84, 987 (2004).
84. B. Fang, H. Zhou, and I. Honma, Appl. Phys. Lett. 86, 261909 (2005).