CN1738071A - 一种高功函数透明导电氧化物薄膜电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3∶Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极及其制备方法。本发明以普通玻璃为基板，利用掺钨金属铟镶嵌靶和铂+掺钨金属铟镶嵌靶，通过反应直流磁控溅射技术，在本发明的工作压强和氧分压、溅射电流和溅射电压的条件下制备具有高功函数透明氧化物In2O3∶Pt，W/IWO薄膜电极。所制备的薄膜具有低电阻率、高透射率和高功函数等优良的光电特性。通过掺铂含量和In2O3∶Pt，W层厚度调制透明导电氧化物薄膜的功函数。本发明获得的高功函数透明导电氧化物薄膜电极在新型有机光电器件领域具有良好的应用前景。

Description

一种高功函数透明导电氧化物薄膜电极及其制备方法
技术领域
本发明属于有机发光二极管(OLEDs)技术领域，具体涉及一种高功函数透明导电氧化物薄膜电极及其应用反应直流磁控溅射法制备高功函数铂、钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极的方法。
背景技术
有机电致发光器件(OLEDs)由于具有高效率、高亮度、宽视角、低功耗、自发光、响应速度快等特点，在许多领域具有潜在的应用，因此得到了人们广泛的关注。而OLEDs对阴、阳透明电极的功函数有不同的要求。作为阴极的电极材料要具有低的表面功函数以利于电子的注入；作为阳极的电极材料其功函数与阳极有机材料的HOMO相匹配时有利于提高空穴的注入效率。而OLEDs的性能与空穴注入过程有非常密切的关系，通常使用掺锡氧化铟(ITO)做OLEDs的阳极，作为OLED中空穴注入层的ITO，它对OLED性能起着关键的作用。这是因为在OLED器件中，ITO的功函数(典型为4.5～4.7eV)与有机层(有机小分子或聚合物)离化势(5.4eV左右)的不匹配导致阳极ITO与空穴传输层之间形成一能量势垒，这一能量势垒直接影响载流子(空穴)的传输效率。因此作为空穴注入层的电极材料应具有较高的功函数，降低甚至消除接触势垒，最大限度地提高阳极载流子的注入效率，从而提高整个OLEDs的内量子效率，同时降低OLEDs器件的工作电压，极大地提高OLEDs器件的效率、寿命和稳定性。因此若能进一步提高作为空穴注入层的功函数到5.4eV左右，那么空穴的注入效率可以进一步提升，器件的域值电压可以降低，发光效率可以改善。因此，制备具有高功函数透明导电氧化物薄膜电极的研究具有很大的应用价值，目前尚无相关研究报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有工业生产性、工艺稳定性好的高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极及其制备方法。
本发明提出一种高功函数透明导电氧化物薄膜电极，该电极由铂钨共掺氧化铟即In2O3:Pt，W/掺钨氧化铟即IWO两层组成，其中In2O3:Pt，W层厚0.1-10nm，IWO层厚50-200nm，其功函数为4.5-5.5eV。
本发明提出的制备高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极的方法是利用现有技术的直流磁控溅射方法制备高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电薄膜电极。本发明的制备是以掺钨金属铟镶嵌靶和铂+掺钨金属铟镶嵌靶为靶材，以通常的玻璃为基板，基板温度200-380℃，通过反应直流磁控溅射法，使Ar离子束照射靶材，将靶材溅射，在溅射电流100～250mA，溅射电压300～600V，反应室内的工作压强为2.5×10-1～2.5×100Pa，O2反应气体的分压百分含量P(O2)[＝PO2/(PO2+PAr)]为2.0～20.0％，在前述制备条件下首先镀透明导电IWO薄膜，溅射时间为5～30分钟，然后在IWO薄膜上镀In2O3:Pt，W薄膜，溅射时间为1-50秒，采用上述方法最后形成具有高功函数的铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极。
上述掺钨金属铟镶嵌靶，即在金属铟圆靶上的磁控溅射区内的小孔中均匀镶嵌钨金属丝；上述铂+掺钨金属铟镶嵌靶，即在掺钨金属铟镶嵌靶上均匀放置金属铂丝或铂片；一般将铂丝或铂片紧靠钨金属丝处即可。
本发明较好的制备条件如下：
本发明中，基板温度为150-380℃。
本发明中，O2反应气体的分压为10-15％。
本发明中，反应直流磁控溅射镀膜时，溅射条件为：溅射电流120-200mA，溅射电压400-450V。
本发明中，镀IWO薄膜溅射时间5-10分钟，然后在IWO薄膜上镀In2O3:Pt，W薄膜的溅射时间为1-40秒。
本发明中，通过可变气导阀将O2和Ar气体通入反应室，可变气导阀是直流磁控溅射镀膜通入气体的现有技术。
本发明方法制得的高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极厚度为50-200nm，可根据需要，通过控制溅射IWO薄膜和In2O3:Pt，W薄膜时间来控制各自的膜厚以及总膜厚。
实验结果表明，利用反应直流磁控溅射的方法在普通玻璃基板上制备的In2O3:Pt，W/IWO薄膜具有高功函数、低电阻率和高可见光透射率的特性，其光电性能可与ITO产品比拟，而且其功函数(5.5eV)高于ITO的功函数(4.7eV)。本发明方法具有工业生产前景，工艺稳定性好，是一种制备高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜电极，提供新型光电器件优良性能的有效新方法。
附图说明
图1为本发明方法制备的高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜和单层透明导电氧化物IWO薄膜的紫外光电子能谱图(UPS)。
图2为高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜的透射率图。
图3为高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/掺钨氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜与ITO，ZAO薄膜的电性能比较图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例1，制备掺钨氧化铟靶：将纯度为99.99％的In金属熔融成圆靶，在圆靶的磁控溅射区内的小孔中均匀对称地嵌入纯度为99.99％的4wt％钨丝制备而成，靶直径为51mm，厚度为2.5mm。制备铂钨共掺氧化铟靶：在掺钨氧化铟靶上均匀的放入10wt％的Pt片。基片是普通载玻片，先后经过纯水、酒精和丙酮超声波各15分钟清洗。
基板温度：380℃。
靶材与基板的间距固定为75mm。
薄膜沉积前先将反应室抽真空到低于2×10-3Pa，然后通过可变气导阀将O2和Ar气体通入反应室。反应室内的工作压强为2.5×10-1Pa，溅射电流为150mA，溅射电压为500V，控制O2反应气体的百分含量P(O2)[＝PO2/(PO2+PAr]为14.0％。薄膜即制备在普通玻璃片上。
镀IWO薄膜，溅射时间8分钟，薄膜厚度为120nm；然后在IWO薄膜上镀In2O3:Pt，W膜，溅射时间为40秒，薄膜厚度为10nm；总膜厚为130nm。
实施例2，与实施例1同样方法，在下述条件下制得高功函数铂钨共掺氧化铟(In2O3:Pt，W)/钨掺氧化铟(IWO)双层透明导电氧化物薄膜：溅射电流为250mA，溅射电压为400V，通过可变气导阀将O2和Ar气体通入反应室，反应室内的工作压强为1.0×100Pa，并控制O2气体的百分含量P(O2)为4.0％。镀IWO薄膜，溅射时间6分钟，薄膜厚度为90nm；然后在IWO薄膜上镀In2O3:Pt，W膜，溅射时间为10秒，薄膜厚度为2nm；总膜厚为90nm。
利用表面轮廓仪(Kosaka ET3000型)测量薄膜的厚度d，在室温下采用(Bio-RadMicroscience HL5500 Hall system)霍尔测试系统测量薄膜的电学性能。采用X射线衍射仪(XRD)(Rigaku D/max-rB型，CuKα射线源)分析薄膜的晶态结构；采用原子力显微镜(AFM)(Park Scientific Instrument，AutoProbe CP，USA)分析薄膜的表面形貌；利用能量色散X射线(EDX)分析薄膜的含量；利用VG ESCA-Lab MK-II电子能谱仪上做非原位测量得到紫外光电子谱(UPS)分析薄膜的功函数，紫外光源是HeI(hv＝21.2eV)。

Claims (7)

1、一种高功函数透明导电氧化物薄膜电极，其特征是该电极由铂钨共掺氧化铟即In2O3:Pt，W/掺钨氧化铟即IWO两层组成，其中In2O3:Pt，W层厚0.1-10nm，IWO层厚50-200nm，其功函数为4.5-5.5eV。
2、一种高功函数透明导电氧化物薄膜电极的制备方法，其特征是利用反应直流磁控溅射法制备In2O3:Pt，W/IWO透明导电氧化物薄膜，具体制备条件如下：
(1)制备温度为200～380℃；
(2)采用掺钨金属铟镶嵌靶，即在金属铟圆靶上的磁控溅射区内的小孔中均匀镶嵌钨金属丝；
(3)采用铂+掺钨金属铟镶嵌靶，即在掺钨金属铟镶嵌靶上均匀的放置金属铂丝或铂片；
(4)将O2和Ar气体通入反应室使工作压强为2.5×10-1～2.5×100Pa，控制O2反应气体的分压为2.0～20.0％。
(5)直流磁控溅射电流为100～250mA，溅射电压为300-600V；
(6)首先镀透明导电氧化物IWO薄膜，溅射时间为5～30分钟；然后在IWO薄膜上镀In2O3:Pt，W薄膜，溅射时间为1-50秒。
3、根据权利要求1所述的高功函数透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征是制备温度为150-380℃。
4、根据权利要求1所述的高功函数透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征是O2反应气体的分压为10-15％。
5、根据权利要求1所述的高功函数透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征是反应直流磁控溅射镀膜时，溅射条件为：溅射电流120-200mA，溅射电压400-450V。
6、根据权利要求1所述的高功函数透明导电薄膜电极制备方法，其特征是镀IWO薄膜溅射时间5-10分钟，然后在IWO薄膜上镀In2O3:Pt，W薄膜的溅射时间为1-40秒。
7、根据权利要求1所述的高功函数透明导电薄膜电极的制备方法，其特征是通过可变气导阀将O2和Ar气体通入反应室。
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