利用原子力显微镜检测 ITO 薄膜的微观表面形貌以及微观区域电性能, 研究等离子清洗机表面处理对 ITO薄膜的表面形貌及导电性能的影响, 从微观上探讨氧等离子体处理对
ITO 薄膜的影响.经过氧等离子体处理, ITO 薄膜的平均粗糙度从 4.6 nm 减小到 2.5 nm , 薄膜的平整度得到提高;但氧等离子体处理之后, ITO薄膜的导电性能大大下降, 原因
在于 ITO 薄膜表面被进一步氧化使得 ITO 薄膜表面的氧空位减少.上述结果从微观上解释了氧等离子体处理能够改善有机发光二极管光电性能的原因.
ITO 薄膜在使用之前依次采用清洗剂 、丙酮，超声波清洗30 min , 每次超声用去离子水冲洗;将样片置于 80 ℃烘箱中干燥 30 min ;采用等离子清洗机进行氧等离子体处理 。
氧等离子体处理参数为氧气流量30 cm3/min , 射频功率 60 W , 处理时间 90 s .
实验结果
经氧等离子体处理之后,薄膜的平均粗糙度 Ra 从 4 .6 nm 减小到 2 .5 nm .氧等离子体处理减小了 ITO 薄膜的表面粗糙度 ,使薄膜表面变得平坦 ,提高了薄膜的平整度。
在 OLED 中 ,有机薄膜的厚度只有几十 nm , 内部电场强度高达1 ×105～ 1 ×106 V/ cm , ITO 的平整性可保证器件内部电场的均匀性 ,提高发光器件的稳定性。
未经氧等离子体处理的 ITO 薄膜表面起伏较大 ,存在较多凸起的尖峰 ;对 OLED 而言 , ITO表面的尖峰将形成局部高电场, 高电场将使有机发光层中形成的激子解离成为正负极化子 ,致使发光强度降低[ 3] ;而且高电场将加速有机材料的恶化 ,降低 OLED 的稳定性.氧等离子体处理使ITO 薄膜表面的尖状凸起减少, 这不仅有利于减小器件的漏电流 ,
而且可有效避免 OLED 的阴阳极之间短路.
氧等离子体处理对 I TO 薄膜电性能影响
当氧等离子体处理之后的 ITO 薄膜上施加的偏压远大于施加在未处理 I TO 薄膜上的偏压时,流经处理过 I TO 薄膜的电流强度才可与未处理过的相比,即氧等离子体处理使 ITO
薄膜的导电性能变差;而且 ITO 薄膜表面存在着随机分布的导电区域和非导电区域, 氧等离子体处理使得 I TO 薄膜表面的非导电区域大大增加 .
ITO 薄膜表面主要由 SnO , In2O3 和富 Sn 氧化物组成 ,富 Sn 氧化物(Snn +1On和 Sn2n O2n -1)具有较好的导电性,图 中的导电区域(亮区)主要是富 Sn 氧化物及氧空位组成,
而非导电性区域(暗区)则由 SnO 或 In2 O3 组成 .高能氧离子体处理使 ITO 薄膜表面进一步氧化 , 使大部分富Sn 氧化物变为导电性能较差的 SnO , 因而流过ITO 薄膜的电流
减小 ,导电性能变差 。
氧等离子体处理使 I TO 薄膜的功函数增加的原因是由于氧等离子体处理使 ITO 薄膜表面的 Sn 浓度减小,氧浓度增加.氧等离子体处理使 I TO 薄膜表面物质形成稳定的氧化物,
这将提高 OLED 的稳定性 .如果 ITO 薄膜氧化不完全, 它的表层氧化物将分解出金属离子 , 与有机层中的有机分子发生化学反应,缩短OLED 的使用寿命 .
