一種高功函數透明導電氧化物薄膜電極及其製備方法
2023-10-18 06:20:04
專利名稱：一種高功函數透明導電氧化物薄膜電極及其製備方法
技術領域：
本發明屬於有機發光二極體(OLEDs)技術領域，具體涉及一種高功函數透明導電氧化物薄膜電極及其應用反應直流磁控濺射法製備高功函數鉑、鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜電極的方法。
背景技術：
有機電致發光器件(OLEDs)由於具有高效率、高亮度、寬視角、低功耗、自發光、響應速度快等特點，在許多領域具有潛在的應用，因此得到了人們廣泛的關注。而OLEDs對陰、陽透明電極的功函數有不同的要求。作為陰極的電極材料要具有低的表面功函數以利於電子的注入；作為陽極的電極材料其功函數與陽極有機材料的HOMO相匹配時有利於提高空穴的注入效率。而OLEDs的性能與空穴注入過程有非常密切的關係，通常使用摻錫氧化銦(ITO)做OLEDs的陽極，作為OLED中空穴注入層的ITO，它對OLED性能起著關鍵的作用。這是因為在OLED器件中，ITO的功函數(典型為4.5～4.7eV)與有機層(有機小分子或聚合物)離化勢(5.4eV左右)的不匹配導致陽極ITO與空穴傳輸層之間形成一能量勢壘，這一能量勢壘直接影響載流子(空穴)的傳輸效率。因此作為空穴注入層的電極材料應具有較高的功函數，降低甚至消除接觸勢壘，最大限度地提高陽極載流子的注入效率，從而提高整個OLEDs的內量子效率，同時降低OLEDs器件的工作電壓，極大地提高OLEDs器件的效率、壽命和穩定性。因此若能進一步提高作為空穴注入層的功函數到5.4eV左右，那麼空穴的注入效率可以進一步提升，器件的域值電壓可以降低，發光效率可以改善。因此，製備具有高功函數透明導電氧化物薄膜電極的研究具有很大的應用價值，目前尚無相關研究報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有工業生產性、工藝穩定性好的高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜電極及其製備方法。
本發明提出一種高功函數透明導電氧化物薄膜電極，該電極由鉑鎢共摻氧化銦即In2O3:Pt，W/摻鎢氧化銦即IWO兩層組成，其中In2O3:Pt，W層厚0.1-10nm，IWO層厚50-200nm，其功函數為4.5-5.5eV。
本發明提出的製備高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜電極的方法是利用現有技術的直流磁控濺射方法製備高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電薄膜電極。本發明的製備是以摻鎢金屬銦鑲嵌靶和鉑+摻鎢金屬銦鑲嵌靶為靶材，以通常的玻璃為基板，基板溫度200-380℃，通過反應直流磁控濺射法，使Ar離子束照射靶材，將靶材濺射，在濺射電流100～250mA，濺射電壓300～600V，反應室內的工作壓強為2.5×10-1～2.5×100Pa，O2反應氣體的分壓百分含量P(O2)[＝PO2/(PO2+PAr)]為2.0～20.0％，在前述製備條件下首先鍍透明導電IWO薄膜，濺射時間為5～30分鐘，然後在IWO薄膜上鍍In2O3:Pt，W薄膜，濺射時間為1-50秒，採用上述方法最後形成具有高功函數的鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜電極。
上述摻鎢金屬銦鑲嵌靶，即在金屬銦圓靶上的磁控濺射區內的小孔中均勻鑲嵌鎢金屬絲；上述鉑+摻鎢金屬銦鑲嵌靶，即在摻鎢金屬銦鑲嵌靶上均勻放置金屬鉑絲或鉑片；一般將鉑絲或鉑片緊靠鎢金屬絲處即可。
本發明較好的製備條件如下本發明中，基板溫度為150-380℃。
本發明中，O2反應氣體的分壓為10-15％。
本發明中，反應直流磁控濺射鍍膜時，濺射條件為濺射電流120-200mA，濺射電壓400-450V。
本發明中，鍍IWO薄膜濺射時間5-10分鐘，然後在IWO薄膜上鍍In2O3:Pt，W薄膜的濺射時間為1-40秒。
本發明中，通過可變氣導閥將O2和Ar氣體通入反應室，可變氣導閥是直流磁控濺射鍍膜通入氣體的現有技術。
本發明方法製得的高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜電極厚度為50-200nm，可根據需要，通過控制濺射IWO薄膜和In2O3:Pt，W薄膜時間來控制各自的膜厚以及總膜厚。
實驗結果表明，利用反應直流磁控濺射的方法在普通玻璃基板上製備的In2O3:Pt，W/IWO薄膜具有高功函數、低電阻率和高可見光透射率的特性，其光電性能可與ITO產品比擬，而且其功函數(5.5eV)高於ITO的功函數(4.7eV)。本發明方法具有工業生產前景，工藝穩定性好，是一種製備高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜電極，提供新型光電器件優良性能的有效新方法。
圖1為本發明方法製備的高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜和單層透明導電氧化物IWO薄膜的紫外光電子能譜圖(UPS)。
圖2為高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜的透射率圖。
圖3為高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/摻鎢氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜與ITO，ZAO薄膜的電性能比較圖。
具體實施例方式
本發明的具體實施方式
如下實施例1，製備摻鎢氧化銦靶將純度為99.99％的In金屬熔融成圓靶，在圓靶的磁控濺射區內的小孔中均勻對稱地嵌入純度為99.99％的4wt％鎢絲製備而成，靶直徑為51mm，厚度為2.5mm。製備鉑鎢共摻氧化銦靶在摻鎢氧化銦靶上均勻的放入10wt％的Pt片。基片是普通載玻片，先後經過純水、酒精和丙酮超聲波各15分鐘清洗。
基板溫度380℃。
靶材與基板的間距固定為75mm。
薄膜沉積前先將反應室抽真空到低於2×10-3Pa，然後通過可變氣導閥將O2和Ar氣體通入反應室。反應室內的工作壓強為2.5×10-1Pa，濺射電流為150mA，濺射電壓為500V，控制O2反應氣體的百分含量P(O2)[＝PO2/(PO2+PAr]為14.0％。薄膜即製備在普通玻璃片上。
鍍IWO薄膜，濺射時間8分鐘，薄膜厚度為120nm；然後在IWO薄膜上鍍In2O3:Pt，W膜，濺射時間為40秒，薄膜厚度為10nm；總膜厚為130nm。
實施例2，與實施例1同樣方法，在下述條件下製得高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In2O3:Pt，W)/鎢摻氧化銦(IWO)雙層透明導電氧化物薄膜濺射電流為250mA，濺射電壓為400V，通過可變氣導閥將O2和Ar氣體通入反應室，反應室內的工作壓強為1.0×100Pa，並控制O2氣體的百分含量P(O2)為4.0％。鍍IWO薄膜，濺射時間6分鐘，薄膜厚度為90nm；然後在IWO薄膜上鍍In2O3:Pt，W膜，濺射時間為10秒，薄膜厚度為2nm；總膜厚為90nm。
利用表面輪廓儀(Kosaka ET3000型)測量薄膜的厚度d，在室溫下採用(Bio-RadMicroscience HL5500 Hall system)霍爾測試系統測量薄膜的電學性能。採用X射線衍射儀(XRD)(Rigaku D/max-rB型，CuKα射線源)分析薄膜的晶態結構；採用原子力顯微鏡(AFM)(Park Scientific Instrument，AutoProbe CP，USA)分析薄膜的表面形貌；利用能量色散X射線(EDX)分析薄膜的含量；利用VG ESCA-Lab MK-II電子能譜儀上做非原位測量得到紫外光電子譜(UPS)分析薄膜的功函數，紫外光源是HeI(hv＝21.2eV)。
權利要求
1.一種高功函數透明導電氧化物薄膜電極，其特徵是該電極由鉑鎢共摻氧化銦即In2O3:Pt，W/摻鎢氧化銦即IWO兩層組成，其中In2O3:Pt，W層厚0.1-10nm，IWO層厚50-200nm，其功函數為4.5-5.5eV。
2.一種高功函數透明導電氧化物薄膜電極的製備方法，其特徵是利用反應直流磁控濺射法製備In2O3:Pt，W/IWO透明導電氧化物薄膜，具體製備條件如下(1)製備溫度為200～380℃；(2)採用摻鎢金屬銦鑲嵌靶，即在金屬銦圓靶上的磁控濺射區內的小孔中均勻鑲嵌鎢金屬絲；(3)採用鉑+摻鎢金屬銦鑲嵌靶，即在摻鎢金屬銦鑲嵌靶上均勻的放置金屬鉑絲或鉑片；(4)將O2和Ar氣體通入反應室使工作壓強為2.5×10-1～2.5×100Pa，控制O2反應氣體的分壓為2.0～20.0％。(5)直流磁控濺射電流為100～250mA，濺射電壓為300-600V；(6)首先鍍透明導電氧化物IWO薄膜，濺射時間為5～30分鐘；然後在IWO薄膜上鍍In2O3:Pt，W薄膜，濺射時間為1-50秒。
3.根據權利要求1所述的高功函數透明導電氧化物薄膜的製備方法，其特徵是製備溫度為150-380℃。
4.根據權利要求1所述的高功函數透明導電氧化物薄膜的製備方法，其特徵是O2反應氣體的分壓為10-15％。
5.根據權利要求1所述的高功函數透明導電氧化物薄膜的製備方法，其特徵是反應直流磁控濺射鍍膜時，濺射條件為濺射電流120-200mA，濺射電壓400-450V。
6.根據權利要求1所述的高功函數透明導電薄膜電極製備方法，其特徵是鍍IWO薄膜濺射時間5-10分鐘，然後在IWO薄膜上鍍In2O3:Pt，W薄膜的濺射時間為1-40秒。
7.根據權利要求1所述的高功函數透明導電薄膜電極的製備方法，其特徵是通過可變氣導閥將O2和Ar氣體通入反應室。
全文摘要
本發明是一種高功函數鉑鎢共摻氧化銦(In
文檔編號H01L21/02GK1738071SQ200510027788
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月15日 優先權日2005年7月15日
發明者張群, 李喜峰, 章壯健, 黃麗, 繆維娜 申請人:復旦大學