利用在直流反應磁控濺射(DMS) 技術(shù)基礎上改進的能量過濾磁控濺射( EFMS) 技術(shù)制備了ITO薄膜，并將其應用于頂發(fā)射有機電致發(fā)光器件(TOLED) 的陽極。利用X 射線衍射、原子力顯微鏡、橢圓偏振光譜儀和四探針方塊電阻測試儀分析了薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學和電學特性，利用自搭建的電壓-電流密度-發(fā)光效率測試系統(tǒng)測量了TOLED 器件的發(fā)光效率。結(jié)果表明，與DMS 技術(shù)相比，EFMS 技術(shù)可有效抑制對有機功能層的濺射損傷，制備的ITO 薄膜表面更平整，晶粒尺寸更細小，而且具有優(yōu)良的光學和電學性能( 400 ～800 nm 波長范圍的平均透射率為87.1%；方塊電阻低至4. 56 ×10-4 Ω·cm) 。以該薄膜為陽極的TOLED 器件的發(fā)光效率顯著提高，在3. 26 mA/cm2的電流密度下發(fā)光效率達到0.09 lm/W。
近年來，有機發(fā)光顯示( Organic Electro Luminescence Display) 作為新一代顯示技術(shù)，以其高效率、快響應、寬視角、厚度薄以及成本低廉等特點，在國內(nèi)外被廣泛深入地研究，具有廣闊的市場應用前景。頂發(fā)射結(jié)構(gòu)有機電致發(fā)光器件(TOLED) 有高的光效、好的色純度、大的開口率以及方便在芯片上集成驅(qū)動電路等優(yōu)點，成為目前有機發(fā)光顯示的重點研究對象。ITO 薄膜具備高透過率、低電阻率和高功函數(shù)等特點，是TOLED 器件陽極的z*佳選擇材料，也是影響TOLED 器件性能的關(guān)鍵因素之一。
TOLED 器件的ITO 陽極通常采用直流反應磁控濺射(DMS) 或電子束蒸發(fā)技術(shù)制備，薄膜濺射沉積過程中高能粒子的轟擊會對已制備的有機功能層產(chǎn)生濺射損傷，會降低TOLED器件的發(fā)光亮度、效率，乃至器件壽命。為減少對有機功能層的濺射損傷，有研究者在有機層與ITO陽極之間加入Mg-Ag，Cu-Pc，PTCDA 等緩沖層試圖對有機層起到保護作用，但結(jié)果表明這并不能完全消除對有機層的濺射損傷，緩沖層的加入同時還降低了TOLED器件的透光率。因此，制備高質(zhì)量、無損傷的ITO陽極成為TOLED器件研究的重點之一。
本課題組自主研發(fā)的能量過濾磁控濺射(EFMS) 技術(shù)可有效抑制濺射過程中高能粒子對襯底的濺射損傷，并且制備的薄膜表面更平整，晶粒尺寸更細小。本文利用該技術(shù)制備了TOLED器件的ITO陽極，研究了ITO薄膜的結(jié)構(gòu)、光學和電學性能，測試了TOLED的發(fā)光效率并與DMS技術(shù)制備的器件作了對比。
1、實驗方法
1.1、器件結(jié)構(gòu)
TOLED 器件的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。1 mm 厚的K9玻璃基底上依次為陰極(Al) 、電子傳輸層及發(fā)光層( tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum，Alq3) 、空穴傳輸層(N，N'-diphenyl-N，N'-bis( 3-methyllphenyl) -(1，1'bipheny1) -4，4'-diamine，TPD) 和ITO陽極。
圖1 TOLED 結(jié)構(gòu)圖
1.2、器件制備
玻璃基底s*先在40g/l 的KMnO4溶液中浸泡4 h 以去除表面油污，去離子水沖洗后依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗，清洗時間均為15 min，爾后烘干備用?；趯嶒炇夜ぷ鞯幕A，在CS-450 真空蒸發(fā)蒸鍍系統(tǒng)中，按照圖1 各功能層順序依次制備了100 nm Al、50 nm Alq3和45 nm TPD 的膜層，薄膜的厚度用在線膜厚監(jiān)控儀監(jiān)控。蒸鍍TPD 膜層結(jié)束后，器件被迅速移至CS-300 濺射鍍膜系統(tǒng)中制備ITO薄膜。
在濺射過程中，等離子體中除了沉積粒子In3 +、Sn4 +、In2O3、SnO2外，還有O2 -、O -、二次電子等負離子，這些高能負離子和電子會對襯底及其上已沉積的薄膜產(chǎn)生濺射損傷。為避免這種作用，對DMS技術(shù)進行改進，改進后的EFMS 技術(shù)真空室內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。在靶和襯底之間靠近襯底一側(cè)且平行于襯底處加一過濾電極， ITO靶陰極與襯底支架陽極間距為70 mm，過濾電極距襯底支架表面6mm。過濾電極為100 μm 厚的不銹鋼金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為0.238mm2，孔隙率為55%。
圖2 EFMS真空室結(jié)構(gòu)示意圖
ITO 靶材純度為99.99%， In2O3和SnO2質(zhì)量比為9：1。濺射時以O2和Ar 為反應和濺射氣體，本底真空為4 × 10-4Pa，沉積溫度為室溫。表1 為ITO薄膜沉積條件。
表1 ITO 薄膜沉積參數(shù)
蒸鍍TPD 膜層結(jié)束后，分別利用DMS 和EFMS兩種技術(shù)制備了TOLED器件ITO陽極，厚度均為80 nm，分別為器件1、器件2。為研究ITO 陽極的結(jié)構(gòu)與光電特性，在K9 玻璃上同時沉積了ITO 薄膜，分別為樣品A、樣品B。
2、結(jié)論
(1) EFMS 技術(shù)制備的ITO 薄膜的顆粒細小，表面平整。
(2) EFMS 技術(shù)可以在室溫條件下制備性能優(yōu)良的TOLED 用ITO 薄膜；ITO 薄膜平均透射率87.1%( 400 ～800 nm) ，電阻率5.54 × 10-4Ω·cm。
(3) EFMS 技術(shù)可有效抑制高能負離子對襯底的濺射損傷，采用EFMS 制備ITO 陽極的TOLED 器件的發(fā)光效率顯著提高。
采用EFMS 技術(shù)在室溫下制備了具備平整表面形貌和良好光電特性的高質(zhì)量ITO 薄膜，擴大了ITO 薄膜的應用領域以及應用效果，同時也為其他薄膜材料的制備提供了借鑒，但是關(guān)于過濾電極的形狀、與基底的距離以及電位等對薄膜性能的影響有待于進一步的研究。
