• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.379-379
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• 2011

차세대 저항메모리(resistive switching random access memory; ReRAM)의 개발을 위해 다양한 산화 물질들의 저항 변화 특성이 연구되고 있다. 본 연구에서는 저항 변화 물질로 잘 알려진 ZnO 박막을 이용하여 저항 변화 특성을 평가하였다. ZnO 박막은 Pt/Ti/$SiO_2$/Si 기판 위에 스퍼터링 시스템을 이용하여 약 50 nm 두께로 증착되었다. 증착된 박막 위에 전극을 evaporator를 이용하여 패턴닝함으로써 전극-반도체-전극 구조의 소자를 만들고 이의 전기적 특성을 평가하였다. Compliance current를 설정하여 저항 변화 특성을 측정한 결과 가해진 전압의 극성에 관계 없이 저항이 변화하는, dielectric breakdown에 의해 박막내 전도성 필라멘트라 불리는 전도성 길이 생성되었다가 joule-heating에 의해 필라멘트가 파열되는, 전형적인 unipolar 저항 변화특성이 나타났다. 다기능성 소자 개발을 위해 위 소자 구조를 투명한 고분자 기판위에 형성하고 표면에 초발수성 ZnO 나노막대 구조를 합성하였다. 그 결과 투명하면서 유연하고, 수분에도 안정적인 다기능성 저항 변화 소자 특성을 평가할 수 있었다. 본 결과를 바탕으로 필라멘트 이론에 기초한 저항 변화 메커니즘을 설명하는 모델이 제시되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.596-596
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• 2013

본 연구에서는 Carbon nanotube 용액을 brush-painting 시스템을 이용하여 유연성 있는 PET 기판 위에 고품위의 플렉시블 투명전극을 제작하였다. CNT 박막의 두께에 따른 특성을 알아보기 위해 brushing 횟수를 증가시켜 UV/Vis Spectrometry, four-point probe 및 Hall measurement를 이용하여 전기적, 광학적특성을 알아보았다. 최적조건인 bilayer의 CNT 박막은 244 Ohm/sq.의 면 저항과 550 nm에서 68％의 투과도를 얻을 수 있었다. CNT 박막의 기계적 응력에 따른 전기적 안정성을 알아보기 위해 bending test를 진행하였다. 10,000번 구부려도 저항의 변화가 거의 없어 이 박막이 플렉시블한 소자에 적합하다는 것을 알았다. 유기태양전지의 적용 가능성을 알아보기 위해 CNT 박막을 유기태양전지의 anode 층으로 적용하여 1.6％ (VOC: 0.566(V), $J_{SC}$: 7.118(mA/$cm^2$), Fill Factor: 40.49(％))의 효율을 얻어 유기태양전지 소자의 적용 가능성을 알았다. 최종적으로 실험에서 성막된 CNT 박막은 기존의 CVD공정과 같은 복잡한 공정 대신에 쉽고 간편하게 고품위의 flexible brush-painting Carbon nanotube (CNT) 투명전극을 제작 하여 플렉시블한 유기태양전지 소자의 가능성을 알아보았다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.78.1-78.1
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• 2012

비 휘발성 저항 메모리소자인 resistance random access memory (ReRAM)는 빠른 동작특성과 저 전압 특성을 나타내고 비교적 간단한 소자구조로 고집적화에 유리하여 기존의 DRAM과 flash 메모리, SRAM 등이 갖고 있는 한계를 극복할 수 있는 차세대 메모리소자로써 각광받고 있다. 현재, 이성분계 산화물, 페로브스카이트 산화물, 고체 전해질 물질, 유기재료 등을 응용한 저항 메모리소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 ZnO 를 기반으로 하는 amorphous InGaZnO (a-IGZO) 박막은 저온에서 대면적 증착이 가능하며 다른 비정질 재료에 비해 높은 전하 이동도를 갖기 때문에 박막트랜지스터 적용 시 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 또한 빠른 동작특성과 높은 저항 변화율을 보이기 때문에 ReRAM에 응용 가능한 재료로써 기대되고 있다. 본 연구에서는 MOM(metal/oxide/metal) 구조를 기반한 TiN/a-IGZO/ITO 구조의 소자를 제작하여 저항 메모리 특성을 평가하였다. IGZO 박막은 radio frequency (RF) sputter 를 이용하여 ITO/glass 기판 위에 증착하였다. MOM 구조를 위한 상부 TiN 전극은 e-beam evaporation 을 이용하여 증착하였다. 제작된 저항 메모리소자는 안정적인 unipolar resistive switching 특성을 나타내었으며, TiN 상부전극과 IGZO 계면 간의 Transmission Electron Microscopy (TEM) 분석을 통해 전압 인가 후 전극 금속 물질의 박막 내 삽입으로 인한 금속 필라멘트의 형성을 관찰 할 수 있었다. 합성된 박막의 형태와 결정성은 Scanning electron microscope (SEM)와 X-ray Diffraction (XRD)을 통해 평가 하였으며, 제작된 소자의 전기적 특성은 HP-4145 를 이용하여 측정하고 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.85-85
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• 1999

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)는 높은 유전율로 인해 강유전체 메모리 소자의 응용을 위한 연구가 되고 있으며 또한 전왜(electrostrictive)성을 갖고 있어 이력현상을 갖지 않음으로 최근 들어 미세전기기계소자(MEMS)로의 연구가 활발히 되고 있다. 본 연구에서는 MEMS 소자로서의 응용을 위해 저응력 SiNx가 형성된 Si 기판위에 Pt 전극 혹은 산화물 전극 SrRuO3를 갖는 PMN-PT 박막 캐패시터를 제조하였다. 박막 하부의 구조는 금속전극의 경우 Pt/Ti/LTO/SiNx/Si이고 산화물전극은 SrRuO3/Ru/SiNx/Si의 구조를 갖는다. PMN-PT 박막은 alkoxide를 기반으로 회전 coating 방법을 사용하여 박막 하부층의 변화를 주어서 성장시켰다. PMN-PT 용액의 합성은 분말합성법에서 사용하는 columbite 방법을 응용하여 상대적으로 반응정도가 낮은 Mg를 Nb와 우선 반응하여 Mg-Nb solution을 얻고 Pb-acetate 용액과 합성하여 PMN을 제조한 후 PT를 반응시켜서 제조하였다. PMN-PT 박막에서 동일한 공정조건 하에서 박막 하부층의 구조에 따라서 PMN-PT 박막의 조성이 A2B2O6의 조성을 가지는 파이로클러어상이 형성되거나 또는 ABO3인 페로브스카이트상이 형성되는 것을 관찰하였다. 금속 전극인 Pt를 하부전극으로 사용한 경우는 혼재상이 형성되어 패로브스카이드 PMN-PT를 얻기 위해 seed layer로서 PbTiO3를 사용하였으며 이러한 seed layer 위에 형성된 PMN-PT를 형성하는 경우 rutile 구조인 RuO2 위에 성장시킨 PMN-PT는 파이로클로어와 페로브스카이트의 혼재상이 얻어졌으나 pseudo-perovskite 구조인 SrRuO3 박막 위에 형성된 PMN-PT 박막에서는 페로브스카이트가 주된 상으로 얻어졌다. 즉 하부층(전극 또는 seed layer)으로 perovskite 구조를 갖는 박막을 형성하게 되면 페로브스카이트를 갖는 PMN-PT 박막을 얻을 수 있었다. 전기적인 특성은 상부전극으로 Pt를 사용하여 HP 4194A로 측정을 하였다. PT seed layer를 포함한 PMN-PT 박막은 유전상수 1086과 유전손실 2.75%을 가졌다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2008.10a
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• pp.575-578
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• 2008

본 연구는 LCD 용 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 제조공정중 가장 중요한 식각 공정에서 각 박막의 특성에 맞는 습식 및 건식식각공정을 개발하여 소자의 특성을 안정시키고자 한다. 본 연구의 수소화 된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 Inverted Staggered 형태로 게이트 전극이 하부에 있다. 실험 방법은 게이트전극, 절연층, 전도층, 에치스토퍼 및 포토레지스터 층을 연속 증착한다. 스토퍼층을 게이트 전극의 패턴으로 남기고, 그 위에 $n^+$a-Si:H 층 및 NPR(Negative Photo Resister)을 형성시킨다. 상부 게이트 전극과 반대의 패턴으로 NPR층을 패터닝하여 그것을 마스크로 상부 $n^+$a-Si:H 층을 식각하고, 남아있는 NPR층을 제거한다. 그 위에 Cr층을 증착한 후 패터닝하여 소오스-드레인 전극을 위한 Cr층을 형성시켜 박막 트랜지스터를 제조한다. 여기서 각 박막의 패터닝은 식각 공정으로 각 단위 박막의 특성에 맞는 건식 및 습식식각 공정이 필요하다. 제조한 박막 트랜지스터에서 가장 흔히 발생되는 문제는 주로 식각 공정시 over 및 under etching 이며, 정확한 식각을 위하여 각 박막에 맞는 식각공정을 개발하여 소자의 최적 특성을 제공하고자한다. 이와 같이 공정에 보다 엄격한 기준의 건식 및 습식식각 공정 그리고 세척 등의 처리공정을 정밀하게 실시하여 소자의 특성을 확실히 개선 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2008.10a
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• pp.583-587
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• 2008

본 연구는 LCD 용 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 제조공정에서 가장 중요한 광 식각 공정을 중심으로 전체 공정을 개발하고, 공정의 안정성을 개선하여 소자의 신뢰성을 높이고자 한다. 본 연구의 수소화 된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 Inverted Staggered 형태로 게이트 전극이 하부에 있다. 실험 방법은 게이트전극, 절연층, 전도층, 에치스토퍼 및 포토레지스터층을 연속 증착한다. 스토퍼층을 게이트 전극의 패턴으로 남기고, 그 위에 $n^+a-Si:H$ 층 및 NPR(Negative Photo Resister)을 형성시킨다. 상부 게이트 전극과 반대의 패턴으로 NPR층을 패터닝하여 그것을 마스크로 상부 $n^+a-Si:H$ 층을 식각하고, 남아있는 NPR층을 제거한다. 그 위에 Cr층을 증착한 후 패터닝하여 소오스-드레인 전극을 위한 Cr층을 형성시켜 박막 트랜지스터를 제조한다. 여기서 각 박막의 패터닝은 광 식각 공정으로 각 단위 박막의 특성에 맞는 광식각 공정이 필요하다. 제조한 박막 트랜지스터에서 가장 흔히 발생되는 문제는 주로 광식각공정시 발생하며, PR의 잔존이나 세척 시 얇은 화학막이 표면에 남거나 생겨서 발생되기도 하며, 이는 소자를 파괴시키는 주된 원인이 될 수 있다. 이와 같이 공정에 보다 엄격한 기준의 PR 패터닝, 박막의 식각 그리고 세척 등의 처리공정을 정밀하게 조절하여 소자의 특성을 확실히 개선 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.186-186
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• 2010

액정디스플레이, 유기발광소자 및 태양전지에서 전도성 투명전극으로 indium-tin-oxide (ITO)가 일반적으로 많이 사용되고 있지만 인듐의 희소성과 유독성으로 인하여 ITO를 대체할 수 있는 물질에 대한 많은 연구가 현재 진행되고 있다. ITO 전극을 대체할 수 있는 물질 중에서 Al 도핑된 ZnO (AZO) 박막은 높은 전도성과 광학적 투과성 때문에 다양한 광전소자의 전극과 윈도우 물질로 많은 응용 가능성을 보여주고 있다. 본 연구에서는 여러 가지 스퍼터링 증착 조건에서 증착된 AZO 박막의 전기적특성과 광학적 특성을 조사하였다. 기준시료의 AZO 박막 증착 조건은 ZnO-2 wt.% $Al_2O_3$세라믹 타겟을 사용하였고 $250^{\circ}C$의 기판 온도에서 100 W 전력으로 5 mTorr의 진공 분위기에서 증착되었다. 최적의 AZO 박막 조건을 얻기 위해 증착 온도와 증착 챔버의 압력을 변화하면서 AZO 박막의 전기적 특성 변화와 광학적 특성 변화를 조사하였다. 4-포인트 프로브 측정과 홀 효과측정으로 각기 다른 조건에서 증착한 AZO 박막의 비저항과 전하농도 값을 비교 분석하였고 UV 스펙트로미터 측정을 통해서 AZO 박막의 투과율을 조사하였다. 스퍼터링 방법으로 증착된 AZO 박막은 높은 전도성과 광학적 투과성을 가지기 때문에 액정디스플레이, 유기발광소자 및 태양전지의 투명전극으로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.183-183
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• 2009

OLED소자의 양극재료로써 현재는 산화인듐주석(ITO : indium tin oxide) 박막이 널리 이용되고 있다. 그러나 낮은 전기 비저항과 높은 투과도를 갖는 ITO 박막을 얻기 위해서는 $300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 성막되어야 하며, 원료 물질인 인듐의 수급량 부족으로 인한 문제점과 독성, 저온증착의 어려움, 스퍼터링 시 음이온 충격에 의한 막 손상으로 저항의 증가의 문제점이 있고, 또한 유기발광소자의 투명전극으로 쓰일 경우에 유기물과의 계면 부적합성, 액정디스플레이의 투명전극으로 사용될 경우에 $400^{\circ}C$정도의 놓은 온도와 수소 플라즈마 분위기에서 장시간 노출 시 열화로 인한 광학적 특성변화가 문제가 된다. 이러한 문제점을 지닌 ITO 박막을 대체할 수 있는 물질로 산화 인듐아연(lZO) 박막이 많은 각광을 받고 있다. IZO(Indium Zinc Oxide) 박막은 저온 ($100^{\circ}C$ 이상)에서 증착이 가능하고 추가적인 열처리 없이도 가시광 영역에서 90% 이상의 광 투과도와 ${\sim}10^{-4}{\Omega}cm$ 이하의 낳은 전기 비저항을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 IZO박막은 성막 후 고온의 열처리 과정이 필요 없기 때문에 폴리카보네이트와 같은 유기물 기판을 사용하여 제작 가능한 유연한 평판형 표시 소자의 제작에도 적용될 수 있다. IZO(Indium Zinc Oxide) 박막은 상온 공정에서도 우수한 전기적, 광학적, 표면 특성을 나타낼 뿐만 아니라 양극재료로써 높은 일함수를 가지고 있어 고효율의 유기 발광 소자를 구현하는데 유리한 재료라 판단된다. 본 연구에서는 TCO 박막의 면 저항과 표면 거칠기가 OLED 소자의 성능에 미치는 영향을 조사하였다. R.F Magnetron Sputtering을 이용하여 투명 전도막을 성막 형성 하였으며, 기판온도와 증착과정에서 주입되는 산소, 수소의 유랑 변화가 박막의 구조적, 전기적 특성에 어떠한 영향 미치는 것인가를 자세히 규명하였다 ITO 와 IZO박막은 챔버 내 다양한 가스 분위기(Ar, $Ar+O_2$ and $Ar+H_2$) 에서 R.F Magnetron Sputtering 방법으로 증착했다. TCO박막의 구조적인 이해를 돕기 위해서 X-ray diffraction 과 FESEM으로 분석했다. 광학적 투과도와 박막의 두께는 Ultraviolet Spectrophotometer(Varian, cary-500)와 Surface profile mersurement system으로 각각 측정하였다. 면저항, charge carrier농도, 그리고 TCO박막의 이동성과 길은 전기적특성은 Four-point probe와 Hall Effect Measurement(HMS-3000)로 각각 측정한다. TCO 박막의 표면 거칠기에 따른 OLED소자의 성능분석 측면에서는 TCO 박막의 표면 거칠기 조절을 위해 photo lithography 공정을 사용하여 TCO 박막을 에칭 하였다. 미세사이즈 패턴 마스크가 사용되고 에칭의 깊이는 에칭시간에 따라 조절한다. TCO박막의 표면 형태는 FESEM과 AFM으로 관찰하고 그리고 나서 유기메탈과 음극 전극을 연속적으로 TCO 박막위에 증착한다. 투명전극으로 사용되는 IZO기판 상용화를 위해 IZO기판 위에 $\alpha$-NPB, Alq3, LiF, Al순서로 OLED소자를 제작하였다. 전류밀도와 전압 그리고 발광과 OLED소자의 전압과 같은 전기적 특성은 Spectrometer (minolta CS-1000A) 에 의하여 I-V-L분석을 했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.23-23
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• 2010

CIGS 박막태양전지는 박막태양전지 기술 중 가장 주목을 받고 있는 기술에 해당한다. 그 이유는 박막태양전지 기술 중 즉, CdTe, a-Si, CIGS 중 가장 셀 효율이 높게 구현되고 있으며, 특히 다양한 제조공정이 가능하기 때문이다. 현재 CIGS 박막태양전지 양산에 적용되고 있는 제조기술은 동시증발법과 스퍼터/셀렌화 공정이다. 동시증발법의 경우, CIGS 태양전지의 세계최고효율을 구현한 기술로서 다른 모든 제조기술의 기준이 되는 공정이나, 실제로는 스퍼터/셀렌화 공정을 이용한 양산 규모가 훨씬 크게 전개되고 있다. 본 논문에서는 동시증발법이 최고효율을 구사한 물질 및 공정 스펙에 대해 살펴보고, 스퍼터/셀렌화 공정에서 동시증발법에 의해 제조된 소자 스펙을 구현하기 위해 어떠한 노력을 기울여야 하는 지에 대해 기술하고자 한다. 먼저, 동시증발법이 적용된 양산기술 현황에 대해 살펴보고, 여러가지 스펙 중에서 Na 제어기술, 버퍼층 기술, 투명전극 측면에서 소자성능의 최적화를 논하고자 한다. Na의 경우, 널리 알려진 바와 같이 CIGS 내 0.1at% 정도의 함유량이 필요하다. 동시증발법과는 다른 공정온도와 이력이 사용되는 스퍼터/셀렌화의 경우, Na 함량의 제어를 위해 어떠한 노력이 필요한지 Na의 역할 측면에서 논하고자 한다. CBD 공정으로 제조되고 있는 CdS는 얇은 두께와 단순한 공정으로 인해 다소 소홀하기 쉬우나, CdS/CIGS 접합이 소자의 성능에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 CIGS 표면 물성 제어 측면에서 CdS 제조공정을 살펴보고자 한다. 마지막으로 투명전극은 CIGS 제조공정과는 무관하게 공통으로 검토가 필요한 분야이나, 동시 증발법에 의한 CIGS 표면형상이 스퍼터/셀렌화에 의한 CIGS와는 크게 다르므로 후속 투명전극공정 또한 세부적인 검토가 필요하다고 판단되는 바, 투명전극이 갖춰야하는 물성을 중심으로 소자최적화를 논하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.485-485
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• 2012

유기발광소자는 고휘도, 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 높은 색재현성, 좋은 유연성의 소자특성 때문에 디스플레이 제품에 많이 응용되고 연구가 활발하게 진행되고 있다. 최근에 저소비전력, 고휘도, 소형화 및 장수명의 장점을 가진 유기발광소자의 상용화가 진행되면서 차세대 디스플레이소자로서 관심을 끌게 되었다. 고분자 유기발광소자는 저분자 유기발광소자에 비해 용액 공정법으로 박막을 형성할 수 있어 제조 비용이 적게 들며 대면적 디스플레이를 제작하는데 유리하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 고분자 유기발광소자에서 저전력 소자를 위한 저전압 구동 및 전력 효율을 향상시키기 위한 연구는 대단히 중요하다. 본 연구에서는 고분자 유기발광소자의 구동 전압을 낮추기 위해서 그래핀 정공 주입층을 삽입한 고분자 유기발광소자를 화학적 진공 증착법과 용액 공정을 사용하여 제작하였다. 그래핀 정공 주입층을 삽입한 고분자 유기발광소자는 Indium-tin-oxide(ITO) 투명 전극/그래핀 정공주입층/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS)/poly[2-methoxy, 5-(2'-ethyl-hexyloxy)-p-phenylenevinylene] (MEH-PPV) 층/lithium quinolate (Liq)/aluminium (Al) 전극의 구조를 가진다. 그래핀 정공주입층을 삽입한 고분자 유기발광소자에서 향상된 정공 주입능력을 통해 구동전압을 낮아지는 현상을 분석하기 위해서 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 그래핀 정공주입층의 광학적 특성을 분석하기 위해서 빛의 투과도 측정을 한 결과 90% 이상의 값을 얻었다. 그래핀 정공 주입층이 소자에 미치는 영향을 조사하기 위하여 ITO/PEDOT:PSS소자와 ITO/그래핀 층/PEDOT:PSS 소자를 각각 제작하여 원자힘 현미경 측정을 하였다. 그래핀박막층을 삽입할 경우, 그래핀박막층을 삽입하지 않았을 때보다 표면 거칠기가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 산성을 띠는 PEDOT:PSS 용액이 ITO 투명 전극을 손상시키는 것을 방지하고, 표면 거칠기를 감소시켜 누설 전류를 낮출 수 있다는 사실을 보여준다. 또한, 그래핀 박막은 높은 전기 전도도를 가지기 때문에 그래핀 정공주입층을 삽입하였을 때, 높은 전류 밀도 및 발광 휘도와 더 낮은 구동 전압을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 ITO와 PEDOT:PSS의 계면에서의 전공의 주입 능력을 그래핀박막층이 향상시켜 저전압, 고효율 소자를 제작할 수 있다는 것을 보여준다.