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MEH-PPV a °¡

; ôê " u

×Í

L²Â¡p ¡Ù

]ý¡Y

July 7, 2000

Abstract

Hole transport device (HTD) and electron transport device (ETD) have

been fabricated by using light emitting poly[2-methoxy-5(2-ethylhexoxy)-1,4-

phenylene vinylene] (MEH-PPV) and various electrodes such as Au, ITO,

Al, and Li:Al. The current-voltage (IV) characteristics for HTD and ETD

were measured at dierent temperatures. The tunneling, hopping, and space

charge limited conduction (SCLC) models were used for the analysis of the IV

characteristics of HTD and ETD. The trap free SCLC model described as J /

V m+1=d2m+1 (m ' 1) was adopted for hole carrier in low electric eld, where J

is the current density, V is the voltage, and d is the thickness of the material.

From the result, hole mobility was measured to be 107cm2/Vs. However, for

high electric eld, we observed the IV characteristics were in uenced by trap

distribution in the material. The measured electron mobility was 102 103

times lower than hole mobility. This indicates that electron is easily captured

by trap. The current varied with the thickness of the material and the electric

eld. The eect of temperature on the characteristic of the charge carrier in

low and high voltage was discussed. AC impedance and luminescence were

compared to investigate the charge transport of the light emitting diode.

Abstract

aWZLÛ poly[2-methoxy-5(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylene viny-

lene] (MEH-PPV)Y Al, Au, ITO, Li:Al # °j¢ ;]ú Ì A

W(hole); ;µ [hole transport device(HTD)]®;; ;

µ [electron transport device(ETD)]õC °. HTD ITO® Au

õ ;]¿ PÌ L, ETD Al, Óù Li:Alú ;÷¿ PÌ °. HTD

® ETD © £êt IV "ú QA °. QA @Yõ tunneling,

hopping, space charge limited conduction (SCLC) # °j¢ ?Íú :Ì

©u °. AW EÍ 0ù ;$ t ;êê(J), ;S(V ), èÒ

Í(d) [G J / V m+1=d2m+1¿ vÇü SCLC ?Ít, m ' 1 trap

EÍ® X °. æ @Y¿Ùâ ; ;µ ôê 107cm2/Vs

¿ QAü°. mù ;$ t 4Ùt trap Ûj IV "

³ú yX ,ú Ç ½ °. ; ôê AW ôê ü© 102 103

Aê 0ù ôêõ ,÷¿ QAü°. ; trap jèüq

; ;ê Í < 3 :[÷¿ ð. èÒ Í 0ô

;ê ºÜ® ;$ ¢ ³ú NIÃL, 0ù ;SY mù ;St £

ê ; ;µ" yX ³ © f¢°. Ïß® a QAú ©

; ;µ" ºÜõ NIÆ°.

1 t Á 1

2 Á 6

2.1 LED (light emitting device) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6

2.2 LED® C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7

2.2.1 -ê ?¦ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7

2.2.2 C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 10

2.3 LED ô Ùý : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12

2.3.1 èû : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12

2.3.2 a ; : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 15

2.3.3 a [ê : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 16

2.4 ; ;µ ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 16

2.4.1 ôê(mobility) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 16

2.4.2 SCLC ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 19

2.4.3 Poole-Frenkel ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 22

2.4.4 Fowler-Nordheim ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : 22

i

2.4.5 Sheng ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 23

2.5 AC Ïß : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 23

3 ì¹ ª 32

3.1 èÒ¦ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 32

3.2 C ª : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 33

3.2.1 LED C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 33

3.2.2 HTD® ETD C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 33

3.3 IV QA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34

3.4 Ïß QA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34

3.5 a ì¹ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 35

4 @Y Ûu 39

4.1 IV " ôê : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 39

4.1.1 LED IV " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 39

4.1.2 HTD IV " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 41

4.1.3 ETD IV " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 45

4.2 Í 0ô IV " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 48

4.3 £ê 0ô IV " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 48

4.4 Ïß QA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 50

4.5 a QA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 50

5 @ Á 57

Bibliography 58

ii

½Àý

1.1 LED ÿÌ ©æ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4

1.2 PPV® îê : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5

2.1 Alq3, TPD ÛuS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8

2.2 -ê ?¦ [ê : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 11

2.3 LED C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 13

2.4 HTD® ETD uS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 14

2.5 LED ôÙý : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 17

2.6 a ; : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 18

2.7 SCLC ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 24

2.8 Poole-Frenkel ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25

2.9 Sheng ?Í : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 26

2.10 Û #ç¿ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 30

2.11 DebyeéY Cole-Coleé üp : : : : : : : : : : : : : : : : : : 31

3.1 LED CYA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 36

3.2 IV " QA $X : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 37

iii

3.3 Ïß QA $X : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 38

4.1 LED IV QA @Y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 40

4.2 HTD IV " QA @Y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 42

4.3 AW ôê GS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 43

4.4 Poole-Frenkel GS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 44

4.5 Fowler-Nordheim B GS : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 46

4.6 ETD IV QA @Y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 47

4.7 Í 0ô IV " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 49

4.8 £ê 0ô IV " I : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 51

4.9 £ê 0ô IV " II : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 52

4.10 Ïß QA @Y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 53

4.11 IVL QA @Y I : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 55

4.12 IVL QA @YII : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 56

iv

Chapter 1

t Á

« %ߪ¿ PÌüÏ CRT(cathode ray tube) ô ;S

mL,Ù¾6,ü;³°. qt TFT-LCD (thin lm transistor-

liquid crystal display) ?¦â fL, \Â:÷¿ ô;S 0ù # >ú

4× ½Å® ú Ý©L Ú, LCDõ ð L Ì À uX®

\z: îÌú ¦L qò vè$X¿Ùü , LED(light emitting

device)°. LED ³ ?¦â °ü ¿t <I¦ 1.1t

¤ 3 °¡t ¾3 ÂÍ ;a:« Í °j¢ Ûb¿ ÿÌþ ½

:[ u ;ù Í °. LED |tê îLÛ, |tê

WZ LÛ(conjugated polymer)õ PÌ¢ LED 0ù CS³, 0ù ô ;

S, W, G: î, ] KA # Í ù ÙÛt °ô vè$XÃ

° ͽ¢ "ú à °[1, 2, 3].

1990[ poly(phenylene vinylene)(PPV)õ Ì¢ LED ü ÃLý

ó[4]°j¢ PPV îê® W|¦(copolymers)ù^ù EL (electrolumines-

1

cence)"ú à ,÷¿ Ý üL[5, 6, 7, 8], ¢ ]ú Ì¢ LED

%ߪ ÿÌú æ© Å¢ ? _ vè 3 ü°. ù $>ê

Ýu L î LED \ÌÜü G L î ô ½< ¥L, jî

ñ(quantum eciency) 0 :[°. ¢ [C ©@üqb òÂ e

: %ߪ¿tÝì¢õu9£,°. LED úx æ

©t a LÛ# ;] ºÜ[9], °j¢ W Y[10, 11, 12], £

sP # ª uüL °. © Íx:÷¿ aW 4Ùt ;

;µ" SP LED $>ú ÙèÅL ³>ú ð Ú q $ |Å¢

x@YC ,°. :÷¿ PPV 4Ùt AW(hole) ôê(mobility)

107 cm2/Vs ú Ú[13], ,ù ; ôê ü© c 100 A

ê À t¿, PPVt AW s ; ;µ¿ Ì ,÷¿ N²K

°[14]. ; ôêõ u Ú qt $ êË time-of- ight (TOF)

ì¹ù ;$ t èÒ ú SP a süêÀ ¢ °ü, èÒ4

;êõ QA [15, 16, 17, 18]

=d

tE=

d2

tV(1:1)

¿Ùâ ôê õ GS¢°. t d aW Í, E ;$, t ;

ô¢ è°. t @v ;Sú ¢ ó ;-AW &@¦÷¿ #¤ :«

(ý è÷¿ &A£ ½ °. Æ ut a¡: "Y ;

: "ú ôè L² ML, ;: "ú L² IV "ú QA

L, QA @Yõ ; ;µ?Í÷¿ ©u 6, ?Ít Cèü ôêõ u

é :Ì èÒ ôêõ u °[19].

Æ ut LED PÌü PPV îê( 1.2) |t î Ì

¢ Ì©ê ^It ÌZ \×t ß6ú ¢ èÒ C L, W

2

|t \Â:÷¿ KA¢ ]¿ N² poly[2-methoxy-5(2-ethylhexoxy)-1,4-

phenylene vinylene] (MEH-PPV)[20]ú PÌ õ C °. C¢

; j³ ;Sú (qsq IV "ú QA L, Í, £ê 0ô ]

4Ùt ; ;µ"ú SP °. Z¢, Ïß QAú © ;S 0ô

Ïß s7½ Uú NIÃL, a(luminescence) QAú © IV "

Y Ïß QA@Y® \[[Gõ Lö °.

3

úr~¾

W

Y

1.1: LED ÿÌ ©æ.

4

u

455845584966

1.2: PPV® îê.

5

Chapter 2

Á

2.1 LED (light emitting device)

LED ¾3 AW s;, aW, ; s; ÙÛ÷¿ uüq

¿;S©Pú: a ;$a$X°. LED aW÷

¿ PÌü ] 0t X ê LED, Û î LED, WZ LÛ LED

¿ uÛþ ½ °.

X ê LED III-VT Ùõ ¦¢ III-VT ܦ] ê LED(:

GaP)[21], uorescent £÷¿ êý ê ö LED(: ZnS:Mn)[22,

23], ê Ûú LÛ 4¿ ÝSèÇ LED(: ZnS:Cu-polymer)[24] #

°. X ê LED ô ;S 0L(1.5V), KA Í ^ W,

ê(100 cd/m2) # Fq ³> L, e_ ð 7$ Ì ¡ Â

ú 7 ½ ÷6 ù 8: %ߪ $X¿ PÌþ ½ °.

6

Û î LED 2.1 Alq3, TPD # PÌý°. À 8:

%ߪ L, ? _ú ° PÌ£ ½ ÷6 ê(700 cd/m2, /

2300 cd/m2« ³\) X ê LED ü© ^, ô ;S mL

(9V), KA, W Fq6 CS Ä! °.

WZ LÛ LED PPV® îê aW÷¿ PÌüÚ, ô ;

S 0ù `L(5V), ? _ a L, ê ^°(900 cd/m2, /

1500 cd/m2« ³\). Z¢ î ^I W, KA ^L CS Ñ

Í6 À 8: %ߪ PÌþ ½ °. # WZ LÛ LED \Â:

÷¿ 0ù jîñú L °. jîñù sý ;½ © ;ý a

½ ü¿ AüÚ, X ê LED, Û î LED c 1% jîñ

ú L 8 WZ LÛ LED 0.2% \Â:÷¿ 0ù jîñ

ú t¿ jîñú m , WZ LÛ LED x@YC | #°.

LED jîñú m æ¢ u GüL Ú, | # 0ù ¥

½ ](õ q Ca[25])ú ; s ;÷¿ PÌ ,°. Z¢ a

W °Wú PÌ jîñú 4%[11]« mL, Ç& ú Ì¢ u

G ±|°.

2.2 LED® C

2.2.1 -ê ?¦

;: ?¦ [êõ A æ©t -ê ?¦ú L²¢°.

: ê êü Mù \×õ A 6 ?¦ü ê \:L

A¢°. ¥½MùYêõ?¦èÅ8Yê Fermi

7

N

N

Al

N

N N

CH3CH3

(a) Alq3

(b) TPD

2.1: Alq3® TPD ÛuS.

8

uæ I :« ?¦Pt ?¦; ;µ(contact charge transfer)

f¢°. ¥½ ò® °ô S&¿ © °j¢ ;: ?¦ f

3 üÚ, ?¦ [ê¿ ¾3 | ?¦(neutral contact), © ?¦(blocking

contact), 9¨ ?¦(ohmic contact) °[26]. 2.2 C

(band diagram)ú vè L °.

| ?¦ù ?¦ ;:÷¿ | \×õ ¢°. ;:÷¿ |

S&ú T æ© W ; (space charge) U&£ Å ÷6, ;ê

(conduction band)® ;(valence band) Ðq ML ee¢ \×

ý°. | ?¦ù ?¦ ] P ¥½ $# 9£t ¥½ °

õ : f¢°[27].

© ?¦ù Schottky $¹÷¿ z<ü ?¦÷¿ ; ôú ©¢°.

¥½ ê ¥½Ã° À EÍ t ê¿ ; ô

©üL, ¿ ¥½ ê ¥½Ã° ù EÍ t

ê¿ AW ô ©3 ý°. ]ú ?¦èÈ : Ù

ÐqKt f Schottky $¹:[°. ; ô © ?¦ EÍ Å

;æmIêÀ ;Sú 8 ;Ö3 êtÅ÷¿ô 3ü

LêÅ?¦Ù;K#þý WW(depletion region)

f3 ý°. ¿ Å ;æ 0IêÀ ;Sú 8 ; Schottky

$¹ ;æòõ Ä£ ½ ú :« êÅ÷¿ Jq ½ 3 ý°. $

¹ú Ä ²8 £(thermionic) Ì Z mù ;$ ¢ tunneling

Ì Å °.

Y ê P 9¨ ?¦ù ê 4Ù ý Ïß® üp©

t Y ê P ?¦ Ïß \Â:÷¿ ú: q&°. EÍ

9

ê 4Ùtð ?¦t î ; ê ?Û& ¾3 üL ?¦ù ;

9$ûL¿ Ì 3 ý°. 9¨ ?¦ú Í ª Ú, «¿

; sú æ© 0ù ¥½õ ú PÌ $#, AW sú æ© mù

¥½õ ú PÌ L, îY: £ ;ú © ;æ$¹ú 08

,6, «¿ îY: j¡: tunnelingú æ© ê ?¦Å Ù

êú ;æ $¹ú f3 ,°.

2.2.2 C

LED ³& ; ü Y P `æX¤

q aW ü ê® ?¦÷¿ Ç ½ Ú[4, 28], ?¦ù C

÷¿ z<ý°. Y ê ?¦ü ;[ 2.3(a)] ê

; ý× $ mù ê[highest occupied molecular orbit(HOMO)], ;

üq $ 0ù ê[lowest unoccupied molecular orbit(LUMO)] ºÜ

°. © t¿ °ô ¥½õ Y êõ ?¦ 8 Fermiu

æõ 3 8 æ©t C Ðq3 ý°[ 2.3(b)]. : ;$

ú 8 Fermi uæ ò f8t HOMO, LUMO Ðq Ç\

#Í#3 ý°[ 2.3(c)]. ¿ © ;t ê¿ ; s Ì©

L, 2.4t® ù ; ;µ ªú Ç ½ °.

PPV 4Ùt ; ;µ"ú NIÃ æ©t AW sü HTD

(hole transport device)®; sü ETD(electron transport device)õ

C¢°( 2.4). # Wú PÌ¢ î LEDt °ô ?¦ú PÌ

¢ ; s " G: SP Parker ©t ü ÃLü°[9]. HTD

t jÅ ;ú ? ¥½ mù ÷¿ xØ ; sþ ½ 3

10

lm l

m

Φ Φ

χ

lm

Φi

l

l

lm

lm

Φ Φ

χ

l

l

l

lm

Φi

l

l

RRR

lm

lm

Φ

Φ

χ

l

lm

Φi

l

χ

Φi

X

Y

Z

Z

Y

X

2.2: -ê ?¦ [ê.

11

L, 8 ETDt ? ¥½ 0ù ÷¿ ;ú  AW s

ü G 3 ¢°. Xt Á¢ ® :÷¿ PPV Gt AW

s ;µ¿ Ì¢°L N²K °.

2.3 LED ô Ùý

LEDt f 3 ü ô Ùý 2.5t¤ ¾3 P ³G

¿ # ½ Ú, « ; s, « ; ô, « ; @¦[è

û(exciton)Í], V« a ;(èû ãh)°[29]. « ³G ;

j³ ;Sú °ú :, ;ú © ; sü ³G°. ³Gt

sü ; ù aWY ¥½ ò¿ © ;æ$¹ú #3 üÚ ;

S 8t ;æ$¹ú 083 üL õ © ; aW÷¿ s

3 ý°. « ³Gt AW, ;ù HOMO, LUMO t °ô

Å ;÷¿ ô 3 ý°. ô Ï ; ù ôê 0t "A u

t ý8t èûú Í 3 üL, èûù ãh 8t ú 4L ;

AW÷¿ FqKt &@¦ 3 ý°.

2.3.1 èû

î;®îAWù Coulomb*© ¢ ûú Ø3ý°. ,ú

èûL 6 èû £Ü C °üY °.

E =m

rq4

2h221

n2(2:1)

12

(a) (b)

ITO

Al

LUMO

HOMO

ITO Al4.7eV 4.3eV

2.8eV

4.9eV

(c)

ITO

Al

2.3: LED C .

13

(a) HTD (hole transport device)

(b) ETD (electron transport device)

ITOCu

Au

Al

LiAl

Al

4.7 eV4.7 eV

5.2 eV

4.3 eV4.3 eV

2.9 eV

2.8 eV

4.9 eV

2.8 eV

4.9 eV

2.4: HTD® ETD uS.

14

t q ;(AW) ; , h Planck \½, ù î;ñ, nù èû

w \×½(n 1)°. ýL m

rù èû ÞS÷¿

1

m

r

=1

m

e

+1

m

h

(2:2)

¿ sqL, m

e, m

h ;® AW îî°. î;® îAW

# @¦ý èûù î;# îAWY ô¿ ] 4Ùõ îÄ

3 Ïô£ ½ °. ¢ EÍ èûù vÜü Mù \×L £ ½ °.

EÍ ] ¿½¢ EÍ ©¾ L, ] Ý¿] U& EÍ

èû uq ½ °. :÷¿ ;® AWù °ô ê¿ Ó

Ú, èûú Í æ©t Xý ê Ib ¢°. 0tdEc

dk

e

=

dEv

dk

h

(2:3)

õ T©b ¢°. t Ec ;ê C, Ev ; C, k 7

½¯â°. èû C uæ ;ê ¿ I æX 6, ¢ v;

$ Z ¥ù ½<(life time)#÷¿ © èûù î;® îAW÷¿

°[30].

2.3.2 a ;

Íý èû ãh£ :, ; AW Å÷¿ FqK &@¦ 8t a

;üÚ , a°( 2.6). ; ;¿ Fq8t ;

a C

h = Eg Ex (2:4)

ý°. t Eg C <L Ex ;ê® èû C uæ® ò

°. ; AWY &@¦ æ© Fq8t aú ; ML,

15

jf(phonon)ú 4nê Ú EÍ a C

h = Eg Ex mEp (2:5)

ý°. t mù jf ½L Ep jf C°. m v½À a

õ ;£ Ýíù :qL, 0t jîñê 0I3 ý°.

2.3.3 a [ê

a [ê ¾3 aaY ;a ¿ # ½ °. aa

ù a¡: ½ © t ; ãh 8t aú ,L, ;aù

p-n ê ?¦÷¿ sý ½ Ï(minor carrier) © #Í# a¡:

ÄP¿Ùâ uq°. aa PL(photoluminescence) L, ;a

;$ Z ;ê ;õ r3 EL(electroluminescence),; Z ü

x(cathode ray); w Ù ü CL(cathodeluminescence)°.

ELù  ÙÒ ; s @Y¿ #¡ a; Ç\÷¿t LED

aÙý°. 0t ELú QA LED a Aê 0ô "ú N ½

°. Z¢ ELù ;S 0ô a õ uú ½ ÷t¿, IV " QA @

Yõ ^© s ^ù ì¹ ª ý°.

2.4 ; ;µ ?Í

2.4.1 ôê(mobility)

îLÛ at °¹¢ ;ê I¦ LÛ¿ ; sý

EÍt¿ îôôêõ L²©b¢°. ôê ³æ ;$¾ îôê ¾

16

ν

!"#"$%! "&' ("

") *%"+ ")

,!"-.

2.5: LED ô Ùý.

17

νν

2.6: èû ãh¿ ¢ a;.

18

¿ °üY Aý°.

=jvjE

(2:6)

: îôê v = d=t® ;$ E = V=dõ Ì 8 ôê

=d

tE=

d2

tV(2:7)

¿ #Í7 ½ °[31]. t d ; ô$ý, t ; ôè, V ©u

;S°.

2.4.2 SCLC ?Í

; s Z f üñ ü© ôê ?Û& ÷8 ; ÃU S&

ú TèÅ æ© èÒ 4Ù W ; 9:üÚ, õ W ; ¢

°. G sü ; ¿ © èÒ ; õ 9:£ ½ ¢Gõ Jqt3

ü8, W ; Â` ; Å êµ 3 ý°[26]. : ù ;

Ùß 3 Ó3 üL, 0t ;êê <& 3 ý°( 2.7).

A\\×, 1òÙ: e8 ;ê EÍ¿ ¢A£ :, °üY ù S&ú

T EÍ SCLC (space charge limited conduction) ?Íú PÌ£ ½ °.

«, sý ; Óú °Ø æ© C ?Íú PÌ£ ½ °.

«, sý AW(Z ;)ú L²£ :, sü j(Z ü) Åù °¹

3 9¨ ?$°. «, èÒ4t :÷¿ fý ; ¢ ³ú X

è£ Â ;$ ?Û& ¾°. £ê mI½À ; C¿ Ì Ö

3 ô L Põ ;£ ½ Ú, Åõ Xè£ ½ ú  ;$

¾° A t ?Íú :Ì¢°. V«, îAW(Z ;) ê

Maxwell-Boltzmann Gõ 0ò, ý AW(Z ;) ê Fermi-

19

Dirac Gõ 0ô°. °«, îAW(Z ;) ôê ;$ X[ L

trapY &@¦ |î U& 0ô ³ú M°. Trapù Ý¿] #÷¿

© ý C <Íü vÜý\׿ Ý¿] [ê®j, £ê

© ³ú °. vÜý \× trap½ &@¦ |î÷¿ Ì ê

Ú, trapù ; ú C $¹ K ,L, &@¦ |îù ôè

°ô ; õ °. LUMOÅ « vÜý \× ; trap

÷¿, HOMOÅ « ,ù AW trap÷¿ s¿ Ì¢°. 8 ý

C< | Ù æX© vÜ \×ù &@¦ |î÷¿ s¿ Ì

3 ý°. «, Poole-Frenkel îY ù mù ;$ îY Xèý°. U

«, x = 0 e8 AW s ?$L, x = d e8 xØ ?$÷¿t 1òÙ:

÷¿ ?Íú D¢°.

Trap AWú j袰8, èÒ 4Ùt ;$ F (x) °üY ù

Poisson Aéú 0ô°.

dF (x)

dx=

q[p(x) + pt(x)]

=

(2:8)

t p(x) sý AW êL, pt(x) ý AW ê°. Trap

EÍõ f 8, ;êê J = qp(x)F (x)t¿ éY EG S&ú Ì

°ü éú uú ½ °[32].

J =9

8p

V 2

d3(2:9)

éú Mott-Gurney é ¢°.

« ¢ [ê ; sü SCLC ?Íú f© ÃU,

: LEDt AWY ;, [ê ; jY üt sý°.

¢ [ê ; ú L²£ : trapú L² 8 ü, [ê ; E

20

Í trapY &@¦ YAú ôè L²©b ¢°. Z¢ æ PÌý A |

t Ù ½Aüqb ¢°. V« Aù îAW(;)Y kù trap

ý AW(;) ê Maxwell-Boltzmann Gõ 0ò, ªù trap

ý AW(;) ê Fermi-Dirac Gõ 0ô°¿ ½Aüqb ¢°. ýL

«, U« A Âê ;$ 0 e8 x = wa, x = wc L,

x = 0Y x = d¿Ùâ Í ²°¿ ôqs3 ü8 [ê ; sü

SCLC ?Í A ý°. : Poisson Aéù

dF (x)

dx=

q

[p(x) + pt n(x) nt] =

(2:10)

üL EGS&ú Ì 8

J =9

8e

V 2

d3(2:11)

õ uú ½ °. t e ?Ít îîôê¿t ; ôê® A

W ôê ¦°.

e = n + p (2:12)

PPV 4Ùt AWù ôê 107 cm2/Vs Aê¿ ;ð 100 Aê À

,÷¿ N²K °. 0t ÂÙÛ ; trap © ü Ùt ü

L, +ù î;êü «ÏVt AWY #3 üq Vt èû

ú Í 3 ý° (e ' p). 0t J ' Jp = pqpE üq, AW sü

SCLC ?Í÷¿ P£ ½ 3 ý°. SCLC ?Íù ] 4Ù ; ;µ "

z<t $ Iù ú ?Í Ú, -ê ?¦ ù Schottky

$¹ú SCLC AW ;ê ©tê ÃLý °[19].

21

2.4.3 Poole-Frenkel ?Í

# trap üq ; ;µù A \ *ú sqb

t ²( ½ Ú, mù ;$ © q Coulomb*÷¿ ©

t ²( ½ °( 2.8). ,ú ý ; ;µ tunneling

L ¢°. ¢ é÷¿ ; ;µú z<£ ½ , Poole-Frenkel ?Í

°[33, 34]. ?Ít ;êê °üY sq6, æt z<¢ ,¤

mù ;$ t L²ý°.

J / E exp ( pE) (2:13)

t E¹\ ½A ÷¿ Gill © ü CKü÷6, ;$ ©

0I trap sæ ;æ$¹ ¢ ê £ ½ °[15]. ?Ít ôê

J = nqEõ Ì u£ ½ °.

2.4.4 Fowler-Nordheim ?Í

LED ; j³ ;Sú (q sú : PPV C Ðq°.

: ü ; ?$8t tunneling ©t PPV 4Ù¿ q ½ 3

üL ;ê ô°. õ Fowler-Nordheim ?ÍL 6 °üY Áý

°[35].

J / E2 exp

E0

E

(2:14)

?Íù Íý PÌ L PPV ê ú L ]t¿Â

ÙÛ EÍ q# Ç\, ,÷¿ ³ PPV v8t ; ;µú

N ½ L, PPV 4Ùt ; ;µ "ù N ½ °.

22

2.4.5 Sheng ?Í

÷¿ L²© Ç ½ ,ù Sheng CK¢ ; ;µ ?Í°(

2.9). ] 4Ùù (metallic island)U&¢°L f 8

ù [ 9; ; £ú ¢°L f£ ½ °. P

t ; ô ²8 9; ?;Cð Ì À Cõ ; W

;$ qb ¢°. ;$ © tunneling q# ; ô£

½ ÷6, °üY Áý°.

log

J

E

/

1

E(2:15)

Shengù Ù êý WZ |¦ ©t ?Íú :Ì ² °. ê

Mù PPV î;¿t æ \áY ML, 4Ù æ® ù

ú L °L Ã q·°. ; sý EÍ \¾¢ j î

êý ; Ü¡: êY îP¢ £ú Ì£ ½ ú

, At Sheng ?Íú L²£ ½ °[36, 37].

2.5 AC Ïß

Debye?ÍùZ¢ ACîYõz< æ©têü°.

?Ít A: î;\½(static dielectric constant) 0s® Ls7 î;\½(high

frequency dielectric constant) 01

ò|` ¢°LÆ°[38].

AC ;$ 0ô Û ç;ù : ÅôY Û \ÒÌ îY¿

©õ3üL,0tÛ 2.10Y ¿µç¿Í×#ç¿

©¾¢°L Ç ½ °[39]. : 9; C2 ;S V0¿ ?;üq L, R2 C2

23

2.7: SCLC ?Í.

24

E

rrP F

∆ΦP F q 2/4πεix

q F x

E

rrP F

∆ΦP F q 2/4πεix

q F x

t rap

E

t rap

E

2.8: Poole-Frenkel ?Í.

25

2.9: Sheng ?Í.

26

¿ ³èÅ3 ü8, î;\½

=C1

C0

+C2

C0

1

1 + i!0(2:16)

¿ sq°.

: 0 = R2C2L A: î;\½® Ls7 î;\½õ

0s=

C1

C0

+C2

C0

; 01

=C1

C0

(2:17)

Y n÷8, î;\½ °üY 8 ½ °.

= 01

+0s 0

1

1 + i!0(2:18)

©u ;$ E® °ò3 ÙÛ:÷¿v ;$ú ê©ê î;\½Â¢

éù

= 01

+0s 0

1

1 + i!(2:19)

= 00s 0

1

01

+ 2(2:20)

® ô¢ Í× uq°. , v ;$ ]ú ê©ê °ÜßX!¤

?j ºÜ üú N ½ °. éú Debye é Ú

( 01

) + i( 01

)! = 0s 0

1

(2:21)

Y ô8, Ä e8\t 0s, 0

1

ú ö j÷¿ Ùú Ú

° ,ú Ãu°[40]. Xt sq Debye éù °Üè 1 U&£

:õ #Í4 ,°. °Üè Ûj ú : Debye ét Âü °

ÜßX!¤t «q# @Y uq3 ý°. ¢ @Yõ ì¹:÷¿ z

<©s , °ü Cole-Cole é°.

= 01

+0s 0

1

1 + (i! )1(2:22)

27

t 0Y 1 P ú °. éú 0õ : =2 Â ç;ý

Ùú Ø3 ý°. DebyeéY Cole-Cole é @Yõ üp 8 2.11Y °.

« î;: °Ü(dielectric relaxation)õ °Ø°. î;: °Ü

t ÛS u | ç;Y ù -v¦ © f 6 ; ;

µ $ $ý ( ô ,Y [´ °. u |

÷6 $ $ý ( ; ;µ ÝS q# ] EÍ ; ;µ

Jqb $¹ m A Mú EÍ, ; Ï üt fü

` © ÛS q#Ú, õ ;ê: °Ü(conductivity relaxation)

¢°[41]. EÍ #ç¿ µ ç¿ Í׿ Aþ ½ q, qyä

ß(admittance)ð Ïßõ Ì , `ý °. 0t °üY

Aü ;G½(electric modulus) Mõ ê Ûu¢°.

M =1

(2:23)

= 0 i00ú Â Mõ ì½Ù, ´½Ù¿ #qÃ8

M =0

02 + 002+

i00

02 + 002= M 0 + iM 00 (2:24)

ý°. î;\½ 0sY ;êê 0 s7½® X[¢ EÍõ L² 8, Äî;

\½ °üY sq°.

= 0s i

0

!0(2:25)

] Í 8 0sú Xè£ ½ ÷6 î;\½ ´½ ÙÛú

3 üL, @v log00Y log! Ð 1 x ý°. ýL

;G½ EÍ

M =1

= i

!0

0(2:26)

28

üL M 00 / ! [Géú u3 ý°. 8 ] î; Í 8

M 00 ËÍýõ Í 3 ý°. t¿M 00 s7½ U÷¿Ùâ ] ;

: " ¢ AÃõ uú ½ °.

29

2.10: Û #ç¿.

30

κ '

Frequency

κ ''

Frequency

κ ''

x

κ 'απ2

Debye equationCole-Cole equation

31

Chapter 3

ì¹ ª

3.1 èÒ¦

U ª÷¿[42] ³Gõ $t ¦ý 2,5-bis(chloromethyl)-1-

methoxy-4-(2-ethyl-hexyloxy)benzene ³æ 1 g(3 mmol)ú tetrahydrofuran

(THF) 100 mL eL, potassium tert-butoxide(t-BuO-K+)õ ³æ Cü

6(6 mmol)õ D©t 1èôK п Fqrÿ°. ó 24èôK Ar ß

t Ã[¢°. ÿ ܦ]ú methanol 500 mL Ùqt 9qsL, @Y¿

#£ Þù_ ^;]ú 꽿 L THF/methanol¿Ùâ &^;èÇ ó

W|t &SèÅ8 45% S;ý 0.35 g MEH-PPV uq°.

32

3.2 C ª

3.2.1 LED C

LED AW s ;÷¿ PÌü À ¥½õ Y aW÷¿

PÌü MEH-PPV, ; s ;÷¿ PÌü ù ¥½õ ú ò

»¿ ?¦ C¢°. AW s;÷¿ indium tin oxide(ITO : -su

SÜ])õ PÌ ÷6,; s ;÷¿ Al(NØy)Y Li:Al(ý-NØy

¦)ú PÌ °. Acetone, methanolY Branson 2210 sonicatorõ Ì

ITOõ ¢ ó, HCl:HNO3õ Ùü 4:1¿ vù ÌZ ºq 20Û A

ê EYó Ã48 ÙÛ a ý°. æ MEH-PPVõ Laurell Ws-200-4T2

spincoatorõ Ì Ar ßõ sèÇ ÞE t rpm 2000 Aêt ß

6 L, æ ßÌ(masking)ú ¢ ó Al, Li:Alú Wê 105 Torr

t 1000 2000 A Í¿ ó ;ú °( 3.1). ßÌ÷¿

© üÅ óý ; 8:ù 4 mm2°.

3.2.2 HTD® ETD C

HTD Cù æ LED CYAY LED ; s;Å æX

AlÂê ¥½ À Cu(uý), Au()õ PÌ ; sü ,ú L,

³ AW sü3 HTD 4Ùt AW "ú NIÇ ½ 3

°. õ ©t AW ôêõ u L °.

ETD LED AW s; æX ITO Âê ¥½ À Alú W

óú © Ùó L, æ MEH-PPVõ ß 6¢ ó °è Al Z Li:Al

ú Wó ;ú s; ¿ õ C °. õ Ì ;

33

"ú UL °.

3.3 IV QA

CTI-Cryogenics Cryodyne refrigerator õ Où ó Keithley 237

high voltage source measurement unitú Ì AW s ;Å (+);S

ú (qsq AWAW s ;Å÷¿, ;; s ;Å÷¿ s

üêÀ °. \£t © IV "ú QA L, -step 500

surface prolerõ Ì Íõ QA °. £ê ì¹ú æ©t WRõ

Ì W\×õL, CTI-Cryogenics 8200 Compressor® DRC-91CA

temperature controllerõ Ì £êõ S< £ê 0ô IV "ú Q

A °. £êõ Íx 40 K÷¿ Fqrÿ ó \£« £êõ ¤²8t QA

°( 3.2). £ê QA <ù 40 KL, £ê KAý \×t QA

°. \£ £ê ì¹ú â¿ Cq æ© Microsoft Visual BASIC for

DOSõ Ì ¿ú L GPIB interface cardõ PÌ °.

3.4 Ïß QA

$9 ½Ù DC ;Sú PÌ æ© DC ;Ù W$Xõ QuadTech 7600

RLC meter@¢ ó, LEDõ RLC meter@ ;$ ©

êÀ °. RLC meter AC ;Sù 1 V¿ LAèÅL, ½Ù DC ;Sú

0 V 20 V« ¤ý8t s7½ 0ô Ïßõ QA °. s7½ Âù

10 Hz 2 MHz P¿ !U°( 3.3). Ïß QA Z¢ Microsoft Visual

BASIC for DOSõ Ì ¿ú L, GPIB interface cardõ

34

Ì â¿ QAú Cq °.

3.5 a ì¹

LED Al:LiAlú PÌ¢ ETD õ L aú è ;S

ú N æ© IVL "ú QA °. : aê(luminescence) QAú æ©

Newport 1830-C optical powermeter® photodiodeõ PÌ °.

35

/" 01"

234 0

25~50 µL MEH-PPVrpm 2000

(5($1675"

01"

& 8%

3.1: LED C YA.

36

41333 y 61876µD

*9:

;<

0&)="

C:\

01

9(>

3.2: IV " QA $X.37

;<

,?"&

*%"

?@="%

C:\

&'

0&)="

3.3: Ïß QA $X.

38

Chapter 4

@Y Ûu

4.1 IV " ôê

4.1.1 LED IV "

HTD, ETD® üp æ©t LED IV "ú QA °. 4.1

tÃ8 Alú ();÷¿PÌ¢ IVuÛ , Li:Al

ú PÌ¢ IV @Y "A uÛ N °. Al ¥½(4.3 eV)ð

Li:Al ¥½(2.9 eV) Ì 0 :[, Li:Alõ PÌ¢ LED EÍ ; Ì

Ö3 MEH-PPV 4Ù¿ q¤ ½ L, AWY @¦£ ê Ì vKt Al ;

ú PÌ¢ LEDt Ç ½ Ï " vq ,÷¿ à °.

39

"01"A"9(>"A"

V (V)

J (A

/m

)2

'"01"A"9(>"A"?5

1 1010-7

10-5

10-3

10-1

101

103

105

1 10

10-1

100

101

102

103

slope 2.92

slope 18.2

V (V)

J (A

/m

)2

4.1: LED IV QA @Y.40

4.1.2 HTD IV "

MEH-PPV Í 1100 A6 (+); ;]¿ ITOõ, ();

;]¿ Auõ PÌ¢ HTDt IV@Y 4.2t® ;S

0.1 2 Vt Ð 1, 3 6 Vt Ð 2, 9 V \t

4.5 Ðõ ð.

?èÒtA¢úÃMU,ÂÙÛ÷¿uÛ

ú ½ L, Ðê 1, 2 3.5, 4 15Aê ÙÛ÷¿#

½ °. õ ©t ü ; sü 0ù ;S t MEH-PPV

IV " 9¨Y ù "(V=I = R)ú ÃL, ð S mù ;

S t trap SCLC ?ÍY üú N ½ °. Trap

SCLC ?Í @Y

J =9

8p

V 2

d3(4:1)

ú Ì u¢ AW ôê 106 107 cm2/Vs¿ [¶ [43] 1.7107

cm2/Vs® $ X¥ú N ½ °( 4.3). ÷¿ mù ;S t

½:÷¿Ûj trap U& SCLC ?Íú 0ò ,÷¿ à °[44].

Z¢, À ;$ t Poole-Frenkel ?Í÷¿ :Ì© Æ @Y 4.4

t Ç ½ " = 8:3 104 (m/V)1=2ú uú ½ L, [¶[19] =

5:4 104 (m/V)1=2® ù ò½õ °. õ © trap SCLC ?ÍY

tunnelingú #¿ Poole-Frenkel?ÍY \[ [G ú ,Lî8

£ ½ °. ìC 1970[ Murgatroyd kù ³ trap îî ªõ k3

,ú À ;$ ³÷¿ ÃL, 0ù ;$ t Mott-Gurney SCLC

?Íú :Ì 8, mù ;$ t SCLC ?Í÷¿ Qü ,ð

Ì À ;ê #¡ ,ú © Poole-Frenkel îYõ s$¢ °[45]. ýL

41

0.1 1 10

100

101

102

103

slope 4.5

slope 2

slope 0.97

'"(0-"01"A"9(>"A"=

"?-"01"A"9(>"A"

V (V)

J (A

/m

)2

1 10

10-1

100

101

102

103

slope 2.92

slope 18.2

V (V)

J (A

/m

)2

4.2: LED® HTD IV " QA @Y.42

0 5 10 15 20

0.0

1.0x10-10

2.0x10-10

3.0x10-10

4.0x10-10

5.0x10-10

6.0x10-10

7.0x10-10

8.0x10-10

SCLC (4V ~ 8V)

µ ~ 410-6cm2/Vs

ITO | MEH-PPV | Au

V (V)

µ(c

m /

V s

)

4.3: trap SCLC ?Íú Ì¢ AW ôê GS.

43

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

-18

-17

-16

-15

-14

-13

-12

-11

-10

γ = 4.5599E-4

γ = 8.27824E-4

ln( J

/ E

)

E 1 / 2

ITO| MEH-PPV| Au

4.4: Poole-Frenkel ?Íú Ì¢ GS.

44

1997[ Blomê AW ôê ;$Y £ê U¢°L z< °[19].

°ü÷¿ IV @Yõ ?¦t Fowler-Nordheim ?Í Â©t 8q

ÃU°[9]. LED EÍ 4.5t¤ mù ;$ Ùt Ð

, ò½ òõ Ã6 ÂÙÛ t ò Ì ,÷

¿ ÃI Fowler-Nordheim ?Íù LED M ,÷¿ Ç ½ °[46].

Ð ù ,ú Ì© u¢ ?¦t ;æ$¹ B m 0.18

eV ITO ¥½ 4.7 eV® MEH-PPV ; ¥½ 4.9 eV ò

0.2 eV Í ?¢ ú N ½ °. ýL HTD ©t :Ì© ÃU

, mù ;$ t Ð A ML ºÜ E³ú Ãt HTD

t Fowler-Nordheim?Íú Ì£ ½ °.

4.1.3 ETD IV "

ETDt 4.6t à ,¤ 0ô uÛ , èÒ

° `ò Í vt "A ?Íú 0ô°L @Áú ½ °. ° ù è

Òt °" èÒtê 0ù ;S t IV " Ð 3A

êÙâ ° | t Ð °©L °è mù ;St

Ð < 3 E³ú ð. 0ù ;$ t ;

ôê Í ý:[ ù ; trap Ö3 ¾ 8, mù ;

$ t ;$ *÷¿ trap ;æ$¹ Í ÐqKt õ ©

trap÷¿Ùâ«q& î;¿ © IV"Ð< 3

,÷¿ fý°. æ HTDt¤ AÝ¢ ú u£ ½ ,  trap

SCLC ?Í :Ì ¢ ,÷¿ à ÙÛ Â©t ôêõ GS¢ @

Y 109 cm2/Vs Aê¿ 8A£ ½ °. ù ÙÛ:÷¿ SCLC

45

0 .0 2 .0x1 0 -8 4 .0x1 0 -8 6 .0x1 0 -8 8 .0x1 0 -8

1 .0x10 -8 2 .0x10 -8 3 .0x10 -8

-33

-32

-31

-30

-29

-28

-27

ITO| MEH-PPV| Al

"A

A

"A

A

'"%3B4 >

7

7

77

47

4.5: Fowler-Nordheim ?Íú Ì¢ ;æ$¹ m B GS.

46

"01A9(>A

1 1 0

1 0-1

1 00

1 0 1

1 0 2

1 0 3

s lo p e 2 .9 2

s lo p e 1 8 .2

V (V)

J (A

/m

)2

'"A9(>A

1010 -4

10 -2

10 0

10 2

10 4

s lope 10 .7

s lope 24 .58

s lope 3 .45

V (V)

J (A

/m

)2

4.6: LED, ETD IV QA @Y.47

?Íú :Ì¢ 8A ÝY L, ETD IV " `òõ v :, AÝ¢ ;

ôêõ GS£ ½ ú ,°.

4.2 Í 0ô IV "

MEH-PPV Íõ ºÜè 8t Í 0ô IV "ú QA© Æ

@YèÒÍÃнÀ;êºÜ°¢,úǽ°[ 4.7(a)].

ýL ;$Y ;ê ©t õ ²Æ @Y 4.7(b) °.

t N ½ " IE Mxù Í® X[ 3 $ üæ¢ ú Ãú N ½

°. õ ©t MEH-PPV IV "t ;ê èÒ Íð ;$

U ú N ½ °.

4.3 £ê 0ô IV "

4.8, 4.9t® 1500 A, 1600 A Í Â©, 40 Kt

297 K« £êõ ºÜè8t A £êt IV "ú QA¢ @Y 0ù

;St £ê mú½À ;ê ¾3 ò #, mù ;St £ê

0IKê ;ê ¾ ºÜ Müú Ç ½ °[44]. õ ©t 0ù

;S t £ê ; ;µ ¾3 Ì £ ;êÇ\(thermionic

conduction)[47]ú Ã, mù ;S t £ê ³Ã° ;$

³Í¾3 Ì £ê0ôºÜ:ù,÷¿ fý°. £;

Y tunnelingù ? ;$ U¢°L N²KL, ;$ ¥

0 tunnelingù £; ü© Ì ò3 ¥½¿#Í&°[43]. ;

Í: LÛ LED ©t;$ 2106 V/cmðúEÍ£

48

0 5 10 15 20 25 30

0 .000

0 .005

0 .010

0 .015

0 .020

0 .025

100 0 110 0 200 0

I (

A )

V ( V )

0.0 5.0x10 -7 1 .0x10 -6 1 .5x10 -6 2 .0x10 -6

0 .000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

1000 1100 2000

I (

A )

E ( V / m )

ÅÅÅ

ÅÅÅ

4.7: Í 0ô IV ".49

; ;ê tunneling;êð¾3#Í#LÌÀ;$t tunneling

Ì Í 3 ý°[43].

4.4 Ïß QA

4.10(a)t ;G½-s7½ Mxú Ã8, 0ù ;St M 00ù Ë

Íýõ Í L, ;S £½À ËÍý ¡ôÅ÷¿ ô E³ú Ã

°. Z¢ 4 5 V Pt ËÍý m 8t s7½ ¥

0 G ;G½ ,ú Ã ËÍý Íüõ N ½

°. ,ù Í¢ ]t \ü M 00 / ! E³ú 0ò ,

÷¿ Ç ½ °. 0t èÒ 4 V t î; " Í 9;

£ú ° 5 V AêÙâ <& Í©8t 9¨ £

ú ,÷¿ fý°. Ïß Z = Z 0+ iZ 00 :, Z 0Z 00 Mxt

;S £½À Ù ö I ,ú Ç ½ °[ 4.10(b)].

t Ù Ù>÷¿ ? ,ù Át Cè¢ #ç¿ 9¨ ù ú

,Y [ú ½ ÷6, AW sü ITO® MEH-PPV ?¦ 9¨

?¦ £ú ,÷¿ fý°[44]. ¢ @Yú ©t 4 5 V P

aú è ;S(turn-on voltage) ú ,L f L, A t

IVL "ú QA© ÃU°.

4.5 a QA

Ïß QA @YõÖ÷¿ aú è ;Sú NIÃæ© ôè

Ïß QAY a QAú °. Ïßõ QA°Ï MEH-PPV

50

1 1010-10

10-8

10-6

10-4

10-2

V ( V )

I (

A )

290K 240K 180K 120K 60K

0 5 10 15 20 25-5.0x10-5

0.0

5.0x10-5

1.0x10-4

1.5x10-4

2.0x10-4

2.5x10-4

3.0x10-4

3.5x10-4

V ( V )

I (

A )

290K 240K 180K 120K 60K

4.8: £ê 0ô IV " I.

51

1 1010

-9

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Chapter 5

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Appendix

Program Source

( IV Characteristics Measurement )

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