基于IVO透明導(dǎo)電薄膜的有機電致發(fā)光器件

呂彬 王加娜 房寶泉 鄭佳魏 田苗苗

【摘 要】有機電致發(fā)光器件（OLED）是有機光電子器件中最早問世的器件之一，對于OLED的陽極，為了提高空穴的注入效率，通常都要求陽極的功函數(shù)盡可能的高。最廣泛的被采用作為OLED中陽極的是氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜（ITO），研究表明提高陽極的功函數(shù)可以適當?shù)慕档完枠O和空穴傳輸層之間的勢壘，從而達到改善器件性能的目的。本文采用制備的氧化銦釩透明導(dǎo)電薄膜（IVO）去取代傳統(tǒng)的商業(yè)ITO制備OLED，通過比較兩個OLED的性能分析ITO與IVO在OLED應(yīng)用中的優(yōu)劣。

【關(guān)鍵詞】氧化銦錫;氧化釩;透明導(dǎo)電薄膜;有機電致發(fā)光器件

1 應(yīng)用于OLED的透明導(dǎo)電氧化物薄膜的研究現(xiàn)狀

透明導(dǎo)電氧化物（Transparent Conducting Oxides，簡稱TCO）既具有高的導(dǎo)電性，可見光范圍內(nèi)又具備高的透光性，且在紅外光范圍內(nèi)有較高的反射特性，在光電產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用前景非常廣闊。OLED是有機光電子器件中最早問世的器件之一， OLED的基本原理與無機半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LEDs）相似，都是通過兩個電極分別向器件中注入電子和空穴，載流子在器件中經(jīng)傳輸之后在器件中的發(fā)光層中復(fù)合而形成激子，然后通過激子的輻射衰變而發(fā)光。將商業(yè)化的ITO作為OLED的陽極時，一般要求ITO在可光光的平均透過率超過80%，方塊電阻為10～100 Ω/□，電阻率應(yīng)盡可能的低。由于ITO的薄膜的功函數(shù)（Φ）較低（ΦITO<4.7eV），在OLED的應(yīng)用上會較大程度的影響器件的性能、壽命、穩(wěn)定性等。

2 IVO透明導(dǎo)電氧化物薄膜的制備及光電特性

本文中，我們采用真空熱蒸發(fā)法共制備了三種不同摻雜V濃度的IVO薄膜（樣品A、B、C）。當薄膜制備完成，腔體經(jīng)自然冷卻至室溫后將樣品取出，通常認為在TCO薄膜中，透過率值的大小與薄膜中載流子濃度的高低成反比，所以具有最大載流子濃度的樣品B的透過率較其它兩個樣品要低一些。三個樣品在可見-近紅外區(qū)域平均透過率均大于83%，且在近紫外區(qū)域有著陡峭的吸收邊。薄膜樣品A和C有著相同的最大透過率90.2%;樣品B的最大透過率則為89.6%。根據(jù)IVO的透過率的結(jié)果，由公式（1）計算薄膜的吸收系數(shù)α，即：

式中，d為薄膜的厚度，經(jīng)膜厚儀測試，得IVO樣品的厚度為100±5 nm;T與R分別為薄膜的透過率與反射率。由公式（2）可計算IVO薄膜的帶隙，即：

其中，A為常數(shù)，hγ為光子的能量，Eg為帶隙寬度。通過繪制出（αhγ）2與hν的關(guān)系曲線，然后將曲線的線性部分外推到αhν=0處，IVO薄膜的光學(xué)帶隙即為此時對應(yīng)的值，樣品A、B、C的光學(xué)帶隙值分別為3.79 eV、3.76eV和3.81eV。相比于與商業(yè)化ITO薄膜（Eg=3.5eV），IVO的帶隙寬度得到了展寬，這是由Burstein-Moss shift 效應(yīng)造成的。

3 基于ITO及IVO透明導(dǎo)電薄膜的有機電致發(fā)光器件的性能對比

取樣品A作為陽極制備OLED，首先用去離子水反復(fù)的沖洗IVO基片，再將其浸泡在丙酮溶液中進行超聲清洗15分鐘。清洗完成之后將其吹干。為了獲得需要的發(fā)光面積及陽極圖形，將IVO薄膜置于暗室中進行光刻曝光、顯影、清洗后備用。ITO的清洗過程與IVO一樣。將清洗后的基片放入真空薄膜沉積系統(tǒng)中，制備結(jié)構(gòu)為Substrate/anode/ N，N-bis-（1-naphthyl）-N，N-diphenyl-1，1Vbipheny1-4，4V-diamine （NPB） and tris（8-hydroxyquinoline） aluminum （Alq3）/ lithium fluoride （LiF）/ aluminum （Al）的OLED器件，其中anode分別為IVO與商業(yè)ITO，且二者方塊電阻接近，分別為98 Ω/□與95 Ω/□。兩個OLED的發(fā)光面積～2mm×2mm。器件的有機層和金屬電極蒸鍍過程中保持真空室內(nèi)真空度高于10-4Pa，蒸發(fā)速率約為0.1nm/s。器件的電流密度（J）-電壓（V）-亮度（L）結(jié)果由Keithley 2400與Photo Research PR705 組成的系統(tǒng)測得。所有的測試試驗都是在室溫大氣的環(huán)境下進行的。

實驗結(jié)果如下：1）基于IVO陽極的OLED器件的啟亮電壓為2.4V，基于IVO陽極的OLED器件的啟亮電壓為2.9V，比ITO陽極器件的啟亮電壓低了0.5V。2）ITO器件能承受的最大工作電流密度為1400 mA/cm2，IVO器件能承受的最大工作電流密度為2400 mA/cm2，兩個器件在最大電流密度下的亮度分別為23000 cd/m2與69000 cd/m2。實驗結(jié)果表明：1）在低電流密度下，由于IVO陽極與NPB之間的空穴注入勢壘相對于ITO器件來說更小，因此，IVO器件的載流子注入能力及注入平衡更優(yōu)，推測IVO的功函數(shù)可能高于商業(yè)化的ITO。2）在同樣的驅(qū)動電壓下，IVO器件的注入電流能力高于ITO器件，實現(xiàn)了更好的二極管整流特性。更加驗證我們的推測，即IVO可能具有更高的功函數(shù)且更利于載流子的注入平衡。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]