Hole-only 元件

討論完電極的光學特性後，我們還必頇考量到之前所討論的電洞注入 問題，根據文獻 Al 的費米能階(Fermi energy)大約為 4.1 eV，而一般元件使 用的電洞傳輸層材料 NPB 的 HOMO 能階值約為 5.3 eV，這之間差了 1.2 eV 的能障。為此我們必頇要想辦法提高 Al 的功函數，所以我們使用 ITO 附蓋 在 Al 金屬上當作雙層電極結構(bilayer anode)，如同剛剛分析光學特性一樣，

ITO 有高的功函數 4.7 eV，已經相當匹配有機物的 HOMO 能階，而我們在 ITO 與有機物中再利用 plasma 的方式沉積極薄的 CFx薄膜當作電洞注入層

[79]，因為 CF_x中的 F 容易吸引電子，所以會在電漿技術處理過後的 ITO 電

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極與有機層的介面堆積正電荷形成電偶極，產生能帶的彎曲，提高 ITO 的 功函數至 5.0 eV 降低與有機物的能障，幫助電洞能順利的注入元件中。

為了比較各種元件的電洞注入能力，我們設計了一個 hole-only device 結構 用來純粹的比較各種陽極的電洞注入能力；將陽極電極當成變因區分成 Al/ITO (10 nm) /NPB (100 nm)/Al (120 nm) (device A)、Al/NPB: 33% WO3

(10 nm) /NPB (100 nm)/Al (120 nm) (device B)、Al/NPB (100 nm)/Al (120 nm) (device C)與 ITO/NPB (100 nm)/Al (120 nm) (device D)四種，其中 device A 與 device D 都使用上述的 CFx當作電洞注入層，使用 NPB 是因為它的電洞 傳輸能力比電子來的大很多；且直接接著用 Al 當作陰極，目的是使電子不 易注入到元件中，讓電洞成為主要傳輸載子的元件，而固定 NPB 的厚度，

因此載子電洞的傳輸距離一樣，所以只有比較各陽極的電洞注入能力。如 下圖 4.4 所示，device A 與 device C 相比確實有效的增加了電洞注入的數量，

在通過 turn on voltage 之後，相同的電壓下差了將近 10⁵ A 之多，證明在 Al 金屬上濺鍍上極薄的 ITO 還是能夠有效的讓電洞注入增加。

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圖 4. 4 Hole-only devices 在不同反射陽極下的電洞注入能力

元件要有好的電性也與薄膜的成膜性質好壞有關，所以我們量測厚度 10 nm 的 ITO 是否能順利覆蓋在鋁金屬上形成一層導電薄膜；因此我們用 電子掃描式顯微鏡(scanning electron microscopy, SEM)看表面成膜的情形與 cross-section 的薄膜圖形，如圖 4.5 所示，圖(a)為單純鋁金屬蒸鍍在矽基板 上的表面，厚度為 120 nm，圖(b)為在相同厚度的鋁上濺鍍 10 nm 的 ITO 導 電薄膜後的照片，在相同放大倍率(150K)下可以看出表面結晶構造有所不同，

可以合理的推測就是濺鍍所形成 ITO 的薄膜，且薄膜均勻的覆蓋在鋁金屬 上。圖 c 為單一層鋁金屬的 cross-section 圖，由軟體內計算鋁金屬層的厚度 與膜厚偵測器所即時量測到的數值差不多約為 120 nm，可以確定實驗機台 上所蒸鍍上去的實際膜厚是差不多的，圖 d 是濺鍍上 ITO 厚度為 10 nm 的 薄膜後所量測的 cross-section 圖，我們可以清楚地從圖中看到金屬與 ITO

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之間有明顯的分層，薄膜厚度也與我們實際濺鍍上去的厚度差不多。由上 述的 SEM 照片可以證明我們在濺鍍完 ITO 薄膜後電性上有好的表現與我們 一開始的假設 ITO 能在 Al 上形成完整的薄膜，形成階梯式的能階幫助電洞 的注入。

圖 4. 5 SEM top view (a)Al 厚度 120 nm (b)Al (120 nm)/ ITO (10 nm) Cross-section(c) Al 厚度 120 nm (d) Al (120 nm)/ ITO (10 nm)

相較於 device A 與 device B，device B 雖然一開始的有較高的電流，但 在 device A turn on 後，電流就以指數的方式增加，較符合二極體的特性，

(a) (b)

(c) (d)

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也證明了 Al/ITO 此種 bilayer anode 加上 CF_x電洞注入層的電洞注入方式比 p-type 電洞傳輸層較有二極體特性，且在電壓增加後也有比 p-type 電洞傳輸

層更多的電洞注入到元件中。由上述 hole-only 結構可知，我們所用的 bilayer anode 在相較於 p-type 有較好電洞注入特性，也確實比單一層 Al anode 增 增加顯示器的 NTSC (National Television System Committee) 值，才能製作 出廣色域的顯示器，但是微共振腔效應造成視角變化產生的色偏移是主要