고분자 특성분석 지상강좌 | UPS 기술과 유기전자재료의 에너지 준위 62 고분자 과학과 기술 Polymer Science and Technology 그림 1. 수소원자의 에너지 준위는 왼쪽 그림에 보인 것처럼 주양주수 n 에 따라서 특정한 고유의 값으로 정해진다. 오른쪽 그림은 수소원자가 들뜬상태에서 기저상태로 내려오면서 방출하는 빛의 스펙트럼의 원인을 예시하고 있다. 밴드구조를 직접 측정할 수 있기 때문에 고온초전도체나 거대 자기저항 물질 등에서와 같이 물질의 특이한 성질을 이해하는 데 이러한 측정이 중요한 요인이 되는 경우 연구에 커다란 도 움이 되고 있다. 대부분의 고분자나 유기 물질의 경우 정상적인 상태가 비 결정질일 뿐만 아니라 많은 경우 전기적 부도체이기 때문에 전자구조적 성질을 아는 것이 그 물질의 특성을 파악하는데 크게 중요하지 않았고, 광...

고분자 특성분석 지상강좌 | UPS 기술과 유기전자재료의 에너지 준위 64 고분자 과학과 기술 Polymer Science and Technology 그림 5. XPS 및 UPS 스펙트럼 측정 과정에서 일어나는 광전자 방출을 보이 는 개략도. 에너지 보존 법칙에 의해서 고체 속에 있는 전자의 속박에너지 binding energy 를 튀어나오는 전자의 운동에너지 kinetic energy 를 측 정함으로써 알 수 있다. 하가 가까이 속박되어 있으므로 독립된 폴라론보다 더욱 안정 된 에너지를 갖는다. 독립된 전자 및 정공 폴라론의 에너지와 폴라론 엑시톤의 에너지 차이를 엑시톤 속박 에너지 exciton binding energy 라고 하고, 고체의 경우와는 달리 분자의 경우 이 에너지는 0.1 – 1.0 eV의 상당히 큰 값을 가지게 되어 무시할 수 없다. 이러한 사실은 광흡수 기술 UV/Vis absorption 로 측정한 광학 에너지 갭 optical gap 과 전자 및 정공...

고분자 특성분석 지상강좌 | UPS 기술과 유기전자재료의 에너지 준위 66 고분자 과학과 기술 Polymer Science and Technology 그림 8. 가장 널리 사용되는 HSA 혹은 CHA 형태의 전자에너지 분석기의 개념도. 시료에서 방출된 전자는 렌즈 시스템으로 들어가서 적절히 집속된 후에 두 개의 반구 사이의 공간으로 입사한 후에 가해진 전압에 따라서 특정 한 운동 에너지를 가진 전자만 검출기에 도달할 수 있다. 걸어주는 전압을 바꾸면 전자의 운동에너지에 따른 세기를 측정하여 EDC를 얻을 수 있다. 그림 9. 유기분자고체와 금속의 계면에서 에너지 준위가 어떻게 정렬되는지 보이는 그림이다. 여기서 LUMO/HOMO는 폴라론 에너지 준위이고 각각 금속 의 페르미 준위로부터 전자/정공을 주입받게 되므로 에너지 장벽이 존재한 다. 이 에너지 장벽의 크기는 금속과 유기분자고�...

고분자 특성분석 지상강좌 | UPS 기술과 유기전자재료의 에너지 준위 68 고분자 과학과 기술 Polymer Science and Technology 그림 12. 대표적 유기 EL 소자에서 음극 구조를 Al/LiF/Alq3 및 Al/NaF/Alq3로 하였을 때 관찰되는 소자의 성능 향상 및 UPS 스펙트럼의 변화. LiF 혹은 NaF를 증착하면 HOMO 준위가 높은 binding energy 쪽을 움직여서 Al에서 유기물의 LUMO로 전자를 주입하는 장벽을 낮추어 주기 때문에 소자의 성능이 향상된다. 다. 일반적으로 ITO 박막은 표면처리 방법에 따라서 일함수 가 크게 달라질 수 있기 때문에 표면처리 방법에 따른 정확한 일함수 측정이 중요함은 말할 나위가 없다. 그림 11에서 ITO 의 일함수를 간단한 가열 혹은 가벼운 Ar 이온빔 스퍼터링에 따라 변화하는 양상을 측정하는 예를 보이고 있다.2 여기서 사용한 방법에 의해서는 일함수에 큰 변화가 없�...

고분자 특성분석 지상강좌 | UPS 기술과 유기전자재료의 에너지 준위 70 고분자 과학과 기술 Polymer Science and Technology 그림 15. 그림 14의 데이터와 HAT-CN의 광학갭, 그리고 별도로 측정된 NPB 의 LUMO 위치를 이용하여 작성된 NPB/HAT-CN 계면의 에너지 준위 정렬도. 과는 전혀 다른 형태의 전극구조이다. 최근 들어서는 이와 같은 현상이 MoO2 W2O3 같은 전이금속 산화물을 HAT-CN 대신 에 HIL로 사용하는 경우에도 일어난다는 것이 보고되었다. 5. 결 론 본 총설에서 살펴본 것은 UPS로 대변되는 광전자 분광기 술이 유기물의 전자 에너지 준위와 유기물과 다른 물질 사이의 계면에서 나타나는 화학반응 및 전자 에너지 준위의 변화를 측정하여, 실제 유기물 전자소자에서 중요한 전자 및 정공의 주입 장벽에 따른 성능 예측에 도움을 줄 수 있다는 측면이 다. 이러한 응용에 �...