一般普遍來說，限制有機材料發展的主要因素之一是由於有機材料本身高阻 抗的特性，這是由於電子遷移率與電洞遷移率(electron and hole mobility) 其值大 約為 10-4~10-6 cm2V-1s-1與一般無機半導體材料相比較下來的相當的低[1]。而造 成載子遷移率低的原因可以歸咎於分子堆疊過程中所導致許多二聚體(dimmer) 或是凝集(aggregate)的產生[2]。二聚體或是凝集對載子傳遞過程或是激發子而言 是一個缺陷位能井，這些缺陷促使有機材料的載子遷移率過低。此外載子與分子 間的偶極散射效應(scattering)也會降低其載子遷移率，而造成偶極散射效應是來 自於分子的極性(diploe)特性[3]。由上述可以知道，有機材料對於電性來說是一 個具有高濃度缺陷的物質，所以研究有機材料中缺陷對電性上所造成的影響對於 有機元件發展就顯的格外的重要。由章節 2-1 中可以知道，導納頻譜是一種對於 缺陷的分析相當有效的方法，而有機材料高濃度缺陷與低載子遷移率特性如何正 確的使用導納頻譜來分析其電特性而不產生誤判是首先要克服的難題。在本節中 將建立有機材料導納分析模型，並利用此模型來用於有機材料的電性上的分析。
2-2-1 元件結構與製作
本實驗的有機元件是在交通大學顯示研究所 OLED 研究群的元件備製實驗 室藉由熱蒸鍍法所製作，其實驗室為一間 CLASS 10000 的無塵室，在無塵室中 架設了一套 ULAVC 的 SOLCIET 半量產型熱蒸鍍系統，其系統架構包了含陽極 處理腔體(pre-treatment chamber)、兩個有機材料蒸鍍腔體(Organic deposition chamber) 、 陰 極 沉 積 腔 體 (Cathode deposition chamber) 、 濺 鍍 腔 體 (Sputtering chamber)和 CCD 對位系統，所有腔體連貫起來並使用機器手臂在各真空腔體中 運送元件，在整個製作樣品過程中，有機製程與金屬製程皆獨立進行以避免材料
交叉污染，並全程在真空狀態下完成。
元件製作過程首先將清洗好的ITO玻璃基板放置於陽極處理腔內，將真空度 抽至10-6torr，利用氧氣電漿(O2 plasma)對基板表面作處理30秒，經氧氣電漿處理 過的ITO玻璃基板功函數趨近於5 eV左右[6]，對於電洞注入的能力大為提升。本 章 節 中 的 樣 品 結 構 有 兩 個 系 列 ， 第 一 種 系 列 ( 如 圖 2-3) 為 indium-tin-oxide (ITO)/1,4-bis[N-(1-naphthyl)-N′-phenylamino]−4,4′diamine (NPB) (X nm)/
tris(8-quinolinolato)aluminium (Alq3) (100nm)/Al ； 第 二 種 ( 如 圖 2-4) 為 ITO/2-methyl-9,10-di(2-naphthyl)anthracene (MADN) (X nm)/ Alq3 (100nm)/Al。這 兩種系列的樣品皆以相同的條件下製作，將處理過的基板放置到蒸鍍機的旋轉載 具上，載具大小為18英吋，所有的材料皆以熱電阻加熱蒸鍍。有機材料的鍍率為 0.1 nm/s，而陰極Al鍍率為0.5 nm/s，發光面積為0.09 cm2。元件備製後將元件放 置於充滿氮氣的手套箱內進行封裝，封裝之後再進行UV光照，將封裝膠硬化。
以上的過程就完成了元件的製作，這兩種系列的樣品分別在同一時間條件下製作 完成，對量測及研究上有避免誤判的意義。
2-2-2 雙異質介面有機元件之等效電路模型
多層(multi-layer)有機發光元件中，由於各層材料有著獨立的缺陷特性，所 以各層材料間對於導納的響應也會不同，於是在導納頻譜中能在不同範圍的量測 頻率下反應特定一層之材料特性。一開始為了能順利的利用導納頻譜來分析有機 材料，本節先建立最簡單雙異質介面有機發光元件的導納量測模型。圖 2-5 是一 個金氧半(metal-oxide-semiconductor)MOS 的結構圖，我們將利用此模型概念應用 於雙異質接面的有機發光元件。
首 先 分 析 最 普 遍 使 用 於 雙 異 質 接 面 有 機 發 光 元 件 的 結 構 與 材 料 ， ITO/NPB/Alq3/Al。從圖 2-3 與 2-5 的比較，可以看到 Alq3 (~10-6)在此結構中因為
其載子漂移率遠小於 NPB (~10-4) [4-5]，可以預期到 Alq3的電阻將遠大於 NPB，
而詳細的理論推導可以從文獻中得知[9-10]。圖 2-7 為元件 ITO/NPB(60nm)/ Alq3 (60nm)/Al 在室溫且偏壓為 0V 下的電容-頻率(C-F)與電導-頻率(G-F)的量測實驗 數據。從圖中我們可以看到 C-F 有兩個階梯狀的趨勢，G-F 則有兩個峰值點(peak)
了更近一歩驗證模型的正確性，我們將元件作一系列變溫的導納量測來觀察相對 應 的 訊 號 變 化 是 否 與 室 溫 所 定 義 的 特 性 一 致 。 圖 2-8 與 2-9 為 元 件 ITO/NPB(60nm)/ Alq3 (60nm)/Al 的變溫 C-F 與 G/F-F 的量測頻譜，在圖中可以看 到，代表著串聯電阻的訊號是不隨著溫度的變化而有所改變，這與串聯電阻的特 性吻合也證明的模型的正確性。相反的代表 NPB 的訊號明顯的隨溫度而變化，
並且隨著溫度降低訊號位置往低頻方向移動，這意味著 NPB 的電阻隨著溫度越 低而越大。一般來說，NPB 的電阻值可由一個簡單的幾何電阻公式得到：
exp( )
NPB
a
NPB HOMO
R L
q N E A
kT
2.21
其中 q 為電荷量，μNPB為 NPB 的載子遷移率，NHOMO為 HOMO 的狀態密度，Ea 為活化能，L 與 A 則各別為 NPB 的厚度與面積。由式 2.21 可以知道，NPB 的活 化能可以藉由圖 2-9 中所得到不同溫度下對應的電阻以 ln(R)對 1/T 作圖得到，並 示於圖 2-10 中。如圖所示，NPB 在厚度為 60nm 面積為 0.09cm2且沒有摻雜的狀 態下室溫的電阻與活化能分別為 3.89x103 Ω 與 0.354 eV。接著再利用已知的載子 遷移率代入式 2.21 中可以得到 NPB HOMO 能階的狀態密度為 1.7×1020 cm-3，此 參數對於 NPB 材料分析上是一個相當重要的參數，譬如我們可以藉由此參數推 算出 NPB 的載子濃度約為 1.97×1014 cm-3。
由以上模型的建立並配合實際元件在導納頻譜上的量測可以證明此論文所 提出的雙異質介面的元件模型在實際 ITO/NPB(60nm)/ Alq3 (60nm)/Al 結構中對 於 NPB 有機材料分析是可以成立的，但是是否能應用在其他材料上有待進一歩 的驗證，而在下一章節中，我們將應用此模型來分析不同厚度的有機材料特性上 的變化並且同時驗證此模型應用上的通用性，最後將會利用此模型研究經由同一 有機材料經由摻雜後特性變化以及摻雜物在有機材料中擴散的情形。