3-1 實驗流程及儀器簡介 3-1-1 實驗架構：
量測材料UV/Vis與PL及求R0和 量子產率、載子漂移率
量測材料UV/Vis與PL及求R0和 量子產率、載子漂移率
3-1-2 實驗藥品
1.Indium Tin Oxide glass substrate，簡稱ITO基板，面電阻值為13Ω/□，
ITO厚度約1300Å，作為陽極，購於台灣默克公司。
2.DCJTB：作為發光層的紅光摻雜(dopant)材料，購於昱鐳公司。
3.NPB：作為電洞傳輸層的摻雜材料，購於昱鐳公司。
4.Alq3：作為電子傳輸兼發光層，購於昱鐳公司。
5.TPB3：作為發光層的主體材料(host)，購於機光科技公司。
6.DSB： 作為發光層的藍光摻雜材料，購於晶宜科技公司。
7.Alumina(鋁)：純度99.999%作為陰極，購於昇美達公司。
8.LiF：作為電子注入層，購於昇美達公司。
3-1-3 實驗分析儀器
1.紫外光-可見光光譜儀 (UV-Visible Spectrometer):
以下是介紹原理部份紫外與可見光譜術(Ultraviolet and Visible Spectroscopy)是用來偵測分子的電子躍遷能量(或頻率)光和分子作用 所產生的電子躍遷(Electronic Transition)的原理分子處於基態時受電 磁波擾動(被激發)，使得電子自能量較低(基態)的分子軌域躍遷到另 一個能量較高(激發態)的分子軌域，來記錄分子吸收光之後所呈在電 子激發態時的振動模式(Vibronic Modes)，記錄吸收光的強度對波長(λ)
所得的圖，即稱為紫外與可見光譜，可作為鑑定分子之用。一般說來，
可見光的波長範圍指的是λ =400 ~750 nm，紫外(UV)光的波長範圍指 的是λ = 200 ~400 nm。因電子基態和激發態的能階差較小，光的波長 常落在可見光的波長範圍。電子躍遷的過程，除了分子結構會改變之 外，也會伴隨著分子振動，所以紫外與可見光譜也包括了電子激發態 時的分子振動的訊息。當分子在激發態或基態時，多數振動模式的頻 率只有些微差距，但有些振動模式的頻率也有明顯不同，在標定紫外 與可見光譜線時，常可參考紅外光譜所測得的分子振動頻率數據，光 學系統模擬如圖3-2所示。本論文使用的紫外線-可見光光譜儀為 PerkinElmer Lambda 35。
圖3-2紫外光/可見光光譜儀光學系統模擬
2.螢光光譜儀:
以紫外光／可見光光譜儀所測得其吸收波長，來激發樣品，測得 其發光範圍。本論文使用的螢光光譜儀為PerkinElmer FL LS55 3.α-step：
主要藉由探針接觸、劃過待測物表面，而探針因物件表面型態而 有不同之機械性位移變化，最後轉換成電壓訊號並據以量測有圖案 (即有高低落差)之薄膜厚度，我們是使用型號 Dektak 150 Surface Profiler，如圖 3-3、圖 3-4 所示。
圖3-3 α-step 圖 圖 3-4 α-step 系統示意圖
4.PR650：
PR-650 為非接觸式量測光譜、色度的儀器。PR-650 具備有一個 分光用的稜鏡、一個一維陣列的 CCD 所組成的光譜儀，提高了測量
速度。可即時獲得380-780nm 的可見光光譜、CIE 色座標（1931 x，
y 及 1976 u’v’）三刺激值 X,Y,Z 色溫（CCT）。
5.PESA (photo-electron spectroscopy in air，型號為AC-2)：
這是一種可在大氣下量測薄膜樣品的儀器，如圖3-5所示，其原 理是利用單能量的紫外光在大氣下照射薄膜表面，因此，表層的電子 會被光子撞擊後射出，電子再被空氣中的氧氣捕獲形成O2-離子，電 場加速進入偵測器後，電子又再度從氧分子脫離而被計數器記錄，如 圖所示，當開始有訊號被偵測到時，表示電子克了原本所處能態的束 縛而射出真空帶，因此，圖3-6中的起始能量(threshold energy)，即代 表導體的功函數或是有機材料的HOMO能階值。但由於此系統是在大 氣下量測，量測的極限範圍是3.4~6.2eV，超過6.2 eV的紫外光會被空 氣吸收，為改善此一缺點，可以在紫外光入射的路徑上改以氮氣填 充，如此可以使量測的極限值增加到7 eV。由於表面的污染會影響到 量測的結果，因此，保持樣品表面的穩定與清潔是非常重要的。
6.絕對量子產率(absolute PL quantum yield measurement system，型號 為C9920-02)：
這是利用氙氣燈泡作為激發光源，並經過單色濾光器後得到單色 光打在待測樣品上，然後在可通入氮氣的積球內收集所有樣品吸收單 色光後放出的光，且由於本系統使用多通道的光譜儀，因此，能夠同 時量測多個波長的光，最後經軟體的計算，而可得到到材料放出的光 子數比材料吸收的光子數的比值，即為此材料的絕對量子產率，系統 如圖 3-7 所示。且薄膜、溶液、粉末等型式的待測樣品均適用此儀器。
圖 3-7 C9920-02 系統示意圖
3-2 有機電激發光元件製程之分類
若依製程的方式的不同有機電激發光元件可以分為兩種：小分 子型元件(OLED)及高分子元件(PLED)。第一種小分子型元件是1987 年由柯達公司所開發出來，它所使用的材料都是小分子量的染料或金 屬鉗狀錯合物（Metal-Chelate-Complex），其有機薄膜製作的方式是 利用真空蒸鍍技術；另一種高分子型元件則是1990年由英國劍橋顯示 器技術公司所開發的高分子元件(PLED)，使用的材料為導電的可溶 性發光高分子（Light Emitting Polymers，LEP），可以使用旋轉塗佈
（Spin Coating）或噴墨印刷法（Inject Printing）來製作其有機薄膜。
圖3-8為這兩種類型元件製程之流程圖:
圖3-8 小分子與高分子元件製作之流程圖
3-3 小分子 OLED 之製作流程介紹
小分子 OLED 之製作流程可以包括四個主要流程如圖 3-9 所示：
基板ITO 玻璃前處理、有機材料蒸鍍、陰極蒸鍍、封裝。
小分子材料之製作 熱蒸鍍
高分子材料之製作 Spinning Coating Ink Jet Printing 陽極電極製作 ITO 濺鍍
蝕刻圖形(光阻塗佈、曝 光、顯影、與蝕刻
Glass 清洗
陰極電極
封裝製程 Glass 清洗
封裝
圖 3-9 OLED 之製作流程 基板ITO 玻璃
有機材料蒸鍍
陰極蒸鍍
3-3-1 基板 ITO 玻璃前處理
在開始進行 OLED 元件的製程之前，其玻璃基板需要預先作一些 特定的處理步驟：首先是將ITO 蝕刻出特定的圖形，接著經由超音波 振盪器清洗玻璃，最後使用電漿處理機做乾式清洗的動作。
為了要使載子注入的效率提升，則 ITO 電極的電阻值必須要低 阻值化且它和有機薄膜接合界面的功函數必需要有良好的匹配度。一 般LCD 所用的 ITO 基板，多半是使用的是多晶性且低阻值性的 ITO 玻璃，其表面型態厚度約為2000Å，但是表面缺陷很多，如果應用在 OLED 元件上會產生黑點的問題；因此，應用於 OLED 的 ITO 多為 非晶性的，目的是增加它的表面平整度。此外，由於OLED 是屬於 載子注入型的發光元件，載子注入的效率將大大地影響 OLED 元件 的性能，故為了降低它的電阻值，一般ITO 膜的厚度都選擇在 1000Å 以上，並且須經過後續退火處理，以期能將它的面電阻值降至小於 10Ω/□。
接下來依序詳介前述的各項前處理步驟，蝕刻ITO 的部份，我們 所使用的 ITO 玻璃是從默克(Merck)光電購買，其規格是玻璃厚度為 1.1mm，ITO 厚度為 1300Å，面電阻是 13Ω/□，透光率為 88%，ITO 玻璃尺寸為370mm*400mm。首先要將 ITO 基板先裁切成
7cm x 7cm 的大小，用丙酮擦拭 ITO 基板後用氮氣槍吹乾並去除玻璃
上的灰塵，在事前必須先將正型光阻劑從冷凍庫取出退冰至少 4 小 時，其目的是為了讓光阻劑的液體黏度降低，以利在旋轉塗佈時能夠 均勻地塗佈在玻璃基板上，其次是要讓塗佈在基板上的光阻膜變得比 較薄，這樣在蝕刻時也比較容易進行，我們是以旋轉塗佈的方式先塗 佈上一層正型光阻薄膜，其中在旋轉時依序使用前後二種不同的旋轉 速度進行塗佈：第一轉速為500 rpm，旋轉的時間為 5 秒，它的目的 在於將正型光阻劑均勻地分散在基板上；第二轉速為1500rpm，旋轉 的時間為 30 秒，它的目的在於將過多的正型光阻劑去除並且使正型 光阻劑平整地附著在基板上，然後做預烘烤動作 120℃，30 分鐘，主 要是將光阻稍微烤乾，避免在曝光時光阻黏在光罩上，烤乾後將基板 放上光罩(Mask），以紫外線曝光機曝光 90 秒，製作出需要的圖案
（Pattern）如圖 3-10 所示，接著曝後烤 120℃，8 分鐘，再來進行顯 影動作，調配顯影液(AZ400K)的比例為 80%去離子水 + 20%顯影 液，基板置於調配好的溶液左右搖晃浸泡約 1 分鐘後用去離子水洗 淨，便完成了顯影的步驟，之後烘烤基板 120℃，30 分鐘。最後，將 顯影過的基板置入溫的蝕刻液中進行蝕刻，蝕刻液調配比例為 5%硝 酸 + 45%鹽酸 + 50%去離子水，由於蝕刻液的溫度對於蝕刻的速率 和程度具有決定性的影響，因此這個步驟必須溫度控制在40℃左右，
蝕刻時間為 3 分鐘。待基板蝕刻完成後，以電表檢查是否蝕刻完全，
成品便可放入丙酮中除去殘存的光阻膜，隨後再以去離子水清洗過後 烘乾備用。
圖3-10 蝕刻完成後之 ITO 基板，陽極與陰極交接處，面積 0.03cm2 ITO 電極的表面功函數一般約在 4.5~4.8eV 左右，電洞傳輸層表 面功函數約5.2Ev，兩者之間的差值即為表面電位;製作成元件時，其 發光所需的驅動電壓會有數伏特電壓值的變化。又基板表面的污染及 水氣的附著等問題會使ITO 的表面功函數產生 0.5~1.0eV 的變化。在 製成元件時，讓ITO 薄膜的表面電位和電洞傳輸層的表面電位進行更 佳優化的整合(即使兩者的能階更加匹配)之 ITO 薄膜的表面功函數處 理即所謂的基板前處理技術。目前基板前處理技術有:1.使用平行平板 型 Glow 放電 ITO 表面氧化法 2.真空紫外光照射衍生臭氧(Ozone)的 ITO 表面氧化法 3.利用電漿(Plasma)產生氧活性基(Oxygen radical)，
而利用其氧活性基的ITO 表面氧化法等三種類型，本實驗是採用第三 種來作為基板前處理。
由於基板在成膜與蝕刻過程中，常常會殘存有機溶劑和附著水 份、灰塵，以致 ITO 電極的功函數會下降約 0.5~1.0eV；為了增加電 極和有機層間電位的匹配度（Matching），通常 ITO 基板在使用之前，
會先經過擦拭（Scrubbing）、溶劑清洗及電漿清洗等前處理程序。
我們先使用無塵紙先將基板表面的水漬、灰塵、指紋等擦拭掉；
在溶劑清洗的程序中，我們選用的溶劑組合為：丙酮、異丙醇和去離 子水，目的在利用無機、有機，以及極性、非極性的搭配，依序除去 基板表面的油漬、灰塵、殘存光阻膜和水份。整個清洗槽的環境位於 正壓的化學抽風櫃中，可以降低外界灰塵附著的機率。清潔方式則是 超音波振盪，每種溶液的浸泡時間為10 分鐘，最後烤乾基板 120℃，
在溶劑清洗的程序中，我們選用的溶劑組合為：丙酮、異丙醇和去離 子水，目的在利用無機、有機，以及極性、非極性的搭配，依序除去 基板表面的油漬、灰塵、殘存光阻膜和水份。整個清洗槽的環境位於 正壓的化學抽風櫃中，可以降低外界灰塵附著的機率。清潔方式則是 超音波振盪，每種溶液的浸泡時間為10 分鐘，最後烤乾基板 120℃，