Efficient charge injection at the metal/organic interfaces is essential in organic electronic devices including organic light emitting diodes because it significantly affects the efficiency of the devices. The strategy of inserting LiF or other alkali halides between a metal electrode and an active organic layer has been applied widely to increase electron injection, but the physical mechanism responsible for enhancing the charge injection through the LiF layer remains unexplained. In order to explain the mechanism of charge injection through the LiF layer, it was assumed either that the lithium fluoride dipoles were aligned in a manner statistically opposite to the direction of applied field or that the LiF molecules were dissociated and diffused into the organic layer. However, experimental evidences show that both presumptions are highly unlikely. Based on a randomly oriented dipole model (ROD), in conjunction with the local process of charge injection, we demonstrate that randomly oriented dipoles can enhance the charge injection, which agrees well with the experimental results. This randomly oriented dipole model may resolve the issues as to the role and mechanism of the LiF layer.
유기 반도체의 전하 이동도가 낮기 때문에 유기/금속 계면에서 전하 주입율을 높이 는 것은 효율을 증대에 중요한 역할을 한다. 특히 전자의 이동도가 정공의 이동도 보다 낮기 때문에, 음극계면에서 전자 주입율을 높이는 것은 중요한 문제이다. 1997년 얇은 LiF 층을 유기/금속 계면 사이에 넣어서 주입율을 높이는 방법이 제시되었고, 이러한 방법은 널리 사용되고 있다. 메커니즘이해를 위한 연구가 활발히 진행되었으나, 잘못된 가정과 무작위로 정렬된 쌍극자는 전하 주입을 증가 시킬 수 없다는 편견에 의하여 지금까지 풀리지 않은 상태로 남아있다.
본 연구에서는 무작위로 정렬된 쌍극자가 실제로 전하 주입을 증가 시킬 수 있음을 보였다. 통계적으로 유기물 쪽을 향하는 쌍극자들에 의한 전하 주입율 증가량이 반대방향을 향하는 쌍극자들에 의한 감소량 보다 훨씬 크게 되어서 전체적으로 전하 주입율이 증가를 하게 된다.
무작위로 정렬된 쌍극자 모델 (Randomly Oriented Dipole: ROD) 과 확실히 알려진 값들을 사용해서, 실제로 전하 주입율이 증가한 비율을 모순 없이 정확히 예측 할 수 있었다. 또한 기존에 설명되지 않았던 상대적 증가율의 최고점의 존재와 지점을 예측 하였고, LiF를 1-3층정도만 넣는 것이 왜 최적인지도 설명 할 수가 있었다. 본 연구는 결과는 이전의 많은 부정확한 모델에 의한 논란들을 종식 시킬 것이다.
기존의 연구들은 LiF와 같은 특정물질에만 국한되어 있었으나, 본 결과는 LiF 나 Alkali halide들에 국한되지 않고, 쌍극자가 있는 모든 물질에 적용이 가능하다. LiF의 단점은 정착과정이 필요 해서 role-to-role 이나 solution과 같은 대면적 공정에서는 활용이 불가능하다는 점이다. 본 연구 결과의 ROD 모델은 대면적 공정에서 전하 주입율을 증가시키기 위한 새로운 물질을 찾은 연구에 좋은 방향을 제시 할 것이다.
