透明导电氧化物(TCO)薄膜由于在可见光区具有很高的透过率、在红外区具有很高的反射率、并且具有较低的电阻率等特性,因此被广泛的应用于太阳能电池、平板显示、电磁屏蔽和防静电膜、气敏传感器、红外隐身材料和有机电致发光器件(OLED)等领域。在目前各种透明导电氧化物薄膜中,ITO的应用最为广泛,这是因为ITO具有较低的电阻率、较高的可见光透过率、较高的功函数。然而ITO薄膜在还原气氛或等离子体条件下,稳定性较差,薄膜中会有金属In析出,且当温度大于700 K时,ITO薄膜会出现性能退化现象,这主要是由于In向衬底的扩散引起的,比如将ITO用作OLED阳极时,就存在In向有机层扩散,使OLED器件光电性能劣化的问题。另外由于In属于稀有金属,据估计地壳中的In的含量仅为0.1 ppm,也将面临枯竭的问题,ITO的成本将越来越高,而液晶显示和太阳能电池,尤其是OLED器件等行业均需要大量的TCO材料,因此寻求新的TCO材料替代ITO已成为近年来TCO研究的热点。在诸多ITO的替代者中,ZnO及其掺杂体系被广泛的研究,包括掺Al、Ga、In、Zr、B和稀土元素掺杂的ZnO薄膜都有报道,其中掺铝氧化锌(AZO)薄膜由于光电性能优异,且具有原材料丰富、绿色环保、成本低等显著优点,被认为是ITO最理想的替代者之一。然而AZO的功函数仅为4.5 eV左右,与有机材料的HOMO能级(如NPB,5.7 eV)的失配度大,因此将AZO作为阳极材料应用于OLED时,需要将其表面功函数提高到与有机层HOMO能级相当的水平。目前AZO表面功函数调控的研究报道比较少,但AZO与ITO性质相似,ITO表面功函数调控的理论和方法同样适用于AZO。氧等离子体处理被认为是ITO表面处理中一种常用且最有效的方法,其可将功函数提高0.6 eV,但空穴注入势垒仍然较大；而且人们对于功函数变化机理的认识仍存在很多争议；以及氧等离子体处理后功函数的时效性等问题的物理机制尚不明确。针对上述问题,本论文开展了采用等离子体浸没离子注入(plasma immersion ion implantation, PⅢ)技术对AZO透明导电薄膜进行表面功函数调控的研究。利用开尔文探针、XPS、XRD、AFM、四探针测试仪和紫外可见分光光度计等分析手段对PⅢ改性后的AZO薄膜的表面功函数、表而化学成分、晶体结构、表面形貌和光电性质进行了表征。从实验和机理两方面对功函数的变化进行了分析和研究。主要的研究内容和结果如下：(1)首次提出采用PⅢ技术对AZO薄膜进行表面功函数调控的研究,系统的研究了不同的工作气体种类、偏压大小、处理时间和脉冲宽度对AZO表面性能的影响,对氧PⅢ处理、氧ICP处理和参考样品的性质进行了对比研究。利用上面提到的各种表面分析手段对氧PⅢ和氧ICP处理的样品进行表征后,我们发现氧PⅢ在大幅提高AZO薄膜表面功函数的同时并未对薄膜的晶体结构、表而形貌、电光学性质造成明显的影响。(2)在对实验进行多次优化后获得了最佳的PⅢ改性效果。实验结果表明：采用氧气作为工作气体,在本底真空1.0x10-3Pa,气体流量50 sccm,工作气压4.0 Pa,射频功率88 W,偏压源电压-500 V,脉冲频率1 kHz,脉宽10μs,处理时长30分钟的实验条件下,PⅢ的改性效果最好,AZO的功函数相比参考样品最大可被提高1.1 eV,其功函数值已经足以和有机材料的HOMO能级很好的匹配。而氧ICP处理的仅增加了0.6 eV,说明氧PⅢ可在氧ICP处理的基础上将功函数再提高0.5 eV,而且我们发现所有经过氧PⅢ的样品的功函数都比氧ICP处理的要高,因此证实氧PⅢ是比氧ICP更有效的提高AZO表面功函数的处理方式。(3)对于经过氧ICP和氧PⅢ处理后AZO功函数提高的现象,我们在前人的基础上并通过具体的实验和理论研究,对其提高的机理进行分析并提出了自己的理论解释。我们认为功函数提高的根本原因是表面污染的清除和氧空位的减少,其中氧空位的减少是主要原因。氧ICP和氧PⅢ处理均能有效的清除AZO表面的污染,增加表面的氧含量,表面氧含量的增加使得氧空位减少,导致表面载流子浓度降低引起费米能级的下降,继而功函数提高。而氧PⅢ由于处理的深度比氧ICP更深一些,不是单纯的表面被动吸附,而是主动的将氧原子注入到AZO表层几个到十几个原子层的深度,所以注入的氧的量更多,更能有效的减少氧空位,且注入的氧原子受到晶格的束缚很难逸出,因此氧PⅢ比氧ICP处理更有效且处理效果保持的更持久。因此我们就可以通过对AZO表面氧空位的多少进行调控从而实现对AZO薄膜表面功函数的调控,同时这个理论也可对现有所有实验现象和理论进行合理的解释。(4)通过对处理后功函数的衰退现象进行实验研究和机理分析,我们发现处理后功函数的时效性是由于表面二次污染、表面氧的扩散、光辐射和表面静电场四种因素相互作用以及其它一些因素共同引起的。氧化处理后AZO薄膜的极化表面很容易吸附空气中的杂质引起表面二次污染：表面氧的扩散将导致表面氧含量的减少,即氧空位增多,而光辐射和表面静电场又会加速这种作用,所以氧等离子体处理的效果会随着时间衰退。由我们上面提出的功函数变化机理可知,当表面污染增加和氧空位增加时,必将导致功函数的下降,这也可对功函数的时效性进行合理的解释。