OLED用高品质ITO薄膜的制备及性能研究

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近年来,透明导电氧化物材料引起了广泛关注,如锡掺杂氧化铟(1TO)、铝掺杂氧化锌、锑掺杂氧化锡等。ITO是高简并n型半导体,具有优异的电导率和可见光透过率,被广泛应用于平板显示、太阳电池、照明等行业,尤其是应用于有机电致发光显示器(OLEDs)作为OLEDs的阳极,ITO薄膜需要具有优异的光电性能、平坦的表面形貌以及较高的功函数。本论文采用In2O3和SnO2质量比为9:1的陶瓷靶,利用直流脉冲磁控溅射法制备ITO薄膜。针对OLED器件对ITO薄膜阳极的要求,优化沉积参数,并对ITO薄膜进行后期处理。利用台阶仪、分光光度计、霍尔效应仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜(含开尔文探针)等分析设备,系统研究ITO薄膜的光电性能、表面形貌和表面功函数。论文的研究内容主要包括:1.系统研究沉积参数(02流量、沉积时间、基片温度、溅射功率、工作气压等)对直流脉冲磁控溅射法制备的ITO薄膜光电性能的影响,并利用正交实验法评判不同沉积参数对1TO薄膜性能的影响程度。通过对ITO薄膜的结构和成分等分析,结合InOx薄膜的光电性能研究,探讨沉积参数改变ITO薄膜光电性能的机理。经过沉积参数优化,在基片温度为室温和340℃时分别获得电阻率为6.0×10-4Ω·cm和1.3×10-4Ω·c(?)n,透过率分别为87.1%和91.8%的ITO薄膜。2.在研究沉积条件对ITO薄膜表面形貌及表面粗糙度影响的过程中,重点探讨了基片温度对ITO薄膜表面形貌的影响。室温制备的ITO薄膜易出现孔洞状的形貌,且孔洞的密度和尺寸随沉积速率的增加而增大。受晶粒择优生长和阴影效应的影响,ITO薄膜表面粗糙度随基片温度的升高而增加。利用动力学标度分析研究了Si基片上ITO薄膜表面形貌的演化规律,发现随沉积时间的增加,ITO薄膜表面粗糙度先增加后减小再增加。对比单晶Si基片和白玻璃基片上沉积ITO薄膜的厚度和电学性能,发现随沉积的进行,玻璃基片先于Si基片获得连续的薄膜,这是由于玻璃基片表面存在大量缺陷,提高了成核密度,缩短了形成连续薄膜的时间,这为ITO薄膜缺陷成核机制提供了证据。在室温条件下,发现较高沉积速率制备的ITO薄膜具有更细的晶粒/亚晶粒形貌,在Ar气氛下快速热处理会使细小的晶粒/亚晶粒长大,并在薄膜内部产生拉应力,而晶粒/晶粒的长大会使大的缺陷和空隙增多,进而降低电子迁移率。利用Ar离子对ITO薄膜表面进行轰击处理,发现较高能量的Ar离子束较短时间(≤2min)轰击,能促进ITO薄膜表层原子的流动,降低ITO薄膜的表面粗糙度。由于Ar离子对ITO薄膜溅射的选择性,增加Ar离子轰击处理时间,则薄膜粗糙度变大。3.利用氧离子对ITO薄膜表面进行轰击处理,随氧离子轰击处理时间的增加,ITO薄膜的表面功函数由4.50eV增加至4.96eV,当处理时间大于2min时,ITO薄膜的表面功函数不再增加,但ITO薄膜方块电阻随氧离子轰击处理时间的增加而持续增加;对ITO薄膜进行溶液浸泡处理,在InCl3溶液中加入适量盐酸,可破坏ITO薄膜表面的吸附原子键合,使ITO薄膜表面出现悬键,促进表面In-C1偶极子的形成,从而提高功函数至4.91eV。
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