由氮等离子体处理的ITO膜及使用该ITO膜的有机电致发光设备制造技术

本发明专利技术公开了一种氧化铟锡(ITO)膜，其中通过氮与选自包括ITO构成元素In、Sn和O原子的组的至少一种原子反应而制备的含氮化合物，或沉淀的含氮的化合物存在于ITO膜的表面上；本发明专利技术还公开了一种制备ITO膜的方法，该方法包括使用氮等离子体处理ITO膜的表面的步骤。使用本发明专利技术提供的ITO膜作为阳极的有机电致发光设备显示出低电压、高效率和长寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用氮等离子体处理的ITO膜及其制备方法，和一种使用该ITO膜作为阳极的有机电致发光设备。
技术介绍
最近，由于已开发出一种使用为共轭聚合物的聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)的有机电致发光设备，因此，已对如共轭导电聚合物的有机物质进行了积极的研究。另外，致力于将这种有机物质应用到薄膜晶体管、传感器、激光器、光电设备等及特别是有机电致发光设备的研究已不断地进展。一般地，有机电致发光设备包括多层结构，其中由不同有机物质构成的薄膜置于两个反电极之间，以便增加设备的效率和稳定性。如图1所示，有机电致发光设备的最典型的多层结构包括空穴从阳极2注入到其中的空穴注入层3、用于传输空穴的空穴传输层4、其中完成空穴和电子结合的发射层5和阴极7。为了改善设备效率和寿命，这种有机电致发光设备可利用由混合物质构成的所述多层或进一步包括额外层。另外，为了简化设备的制造，可使用多功能材料以减少设备中所包含的层数。同时，在衬底上的一个电极使用具有对可见光低吸收率的透明材料，以便将从有机电致发光设备发射的光散发到外部，其中氧化铟锡(ITO)通常被用作透明电极材料、和用于注入空穴的阳极。有机电致发光设备根据下面的机理工作。通过空穴注入层/空穴传输层和电子注入层，分别由具有高逸出功的阳极和具有低逸出功的阴极产生的空穴和电子被注入到发射层内，因而在发射层中产生激发子。最终，当激发子衰变时，发射出相应于有关能量的光。有机电致发光设备的研究已主要致力于设备的效率、寿命、驱动电压和光的颜色。特别地，在有机电致发光材料和电极之间界面上的电荷注入主要影响效率和寿命。因此，已作出对于改善界面特性的深入研究。更特别地，用于改善ITO表面和空穴注入层之间界面特性的ITO表面处理方法是已知的。常规地，ITO表面处理方法包括通过超声处理和/或UV臭氧、等离子体处理等的清理。在它们当中，氧气等离子体处理改善了有机电致发光设备的效率和寿命。参见C.C.Wu 等人，Applied Physics Letter, 70, 1348, 1997。据报道在 ITO 表面的氧气等离子体处理使得ITO的逸出功和薄层电阻增加，而且使得ITO表面更加均匀。参见S.Fujita等人，Japanese Journal of Applied Physics, 36，350，1997 和 J.S.Kim 等人，Journal ofApplied Physics, 84, 6859, 1995。另外,对ITO的氧气等离子体处理通过增加ITO的逸出功而改善空穴注入。此外，使用氧气等离子体的处理可除去在ITO表面上出现的污染物质，因而改善有机电致发光设备的性能。另外，对比于有机材料之间的一般界面，在无机氧化物即ITO电极和有机空穴注入层之间的界面具有相对不稳定的结构。为了解决该问题，如图2所示，空穴隧道层(空穴隧道(缓冲)层)可被插入到ITO和空穴注入层之间，以便改善有机层与空穴注入的粘附力。
技术实现思路
我们已发现当使用氮等离子体代替氧等离子体处理ITO表面时，虽然ITO表面的逸出功降低，但是，在ITO表面上形成含氮化合物的薄膜，因而对比于使用氧等离子体处理的ITO阳极的有机电致发光设备，使用在ITO表面上具有含氮化合物的薄膜的ITO阳极的有机电致发光设备显示出改善的光效率、驱动电压和寿命。本专利技术正是基于这个发现。根据本专利技术的一个技术方案，提供一种ITO膜，其中通过氮与至少一种选自氧化铟锡(ITO)组成元素即In、Sn和O的组的元素反应而制备的含氮化合物，或沉积的含氮化合物存在于ITO的表面上。根据本专利技术的另一个技术方案，提供一种制备ITO膜的方法，该方法包括使用氮等离子体处理包含ITO的膜的表面的步骤。根据本专利技术的再一个技术方案，提供一种包括衬底、阳极、发射层和阴极的有机电致发光设备，其中阳极包括本专利技术的ITO膜。将对本专利技术详述如下。ITO是透明导电氧化物，并具有高透明度、低薄层电阻和良好的图案形成能力的优点。由这些优点的长处，ITO不仅应用于有机电致发光设备，而且应用于包括液晶显示器(LCD)、太阳能电池、等离子显示器和电子纸张(e-paper)的各种领域的电极材料。另外，它应用于保护阴极射线管显示器的电磁波的技术和应用于ITO墨。同时，用于有机电致发光设备的作为阳极的ITO的特征如下。ITO是一种大量地掺杂锡的η型氧化铟。氧化铟是一种半导体，其中，氧离子的2ρ轨道形成价电子带，并且铟的5s轨道形成导带。一般地，随着ITO还原到一定程度，氧离子和掺杂的Sn离子作为供体。另外，随着这些离子浓度的增加，费米能级位于导带上，因而ITO表现出金属性能。下面的内容是已知的:一般地，ITO在其表面上具有高于在其内部的Sn浓度；因此费米能级增加、并且ITO具有低逸出功；当ITO表面使用氧等离子体处理时，具有高Sn浓度的表面被腐蚀、并且氧被提供到表面，因而增加了表面上的氧浓度；因此，氧等离子体处理增加了逸出功，从而可降低空穴注入的势垒，并且可改善有机电致发光设备的性能。但是，当氧原子扩散并引入到有机电致发光设备的例如空穴注入层的有机层中时，有机物质可被氧化，因而失去作为空穴注入层的特性。我们首次认识到用作有机电致发光设备的阳极的ITO可能引起氧扩散到有机层内的问题，并且使用氧等离子体对ITO阳极的处理增加了氧的浓度，因此可引起氧扩散到有机层内的问题。因此，为了解决该问题，根据本专利技术的ITO膜的特征在于它包括包含由氮等离子体处理得到的含氮化合物的表面。当ITO表面使用氮等离子体处理时,作为等离子体放电气体(discharge gas)的一些氮分子可在等离子体条件下被电离，然后与存在于ITO表面上的In、Sn和O原子反应以形成含氮化合物。此外，在等离子体中形成的一些含氮化合物可沉积在ITO的表面上。由用于使用氮等离子体处理的ITO表面的XPS分析可看出，观察到如InN的含氮化合物。形成在ITO表面上的含氮化合物可降低在ITO表面上的氧浓度，并且含氮化合物的薄膜由ITO表面开始可阻止氧原子分散进入空穴注入层，因而改善空穴注入和界面粘附力如有机电致发光设备的空穴隧道(缓冲)层。因此，由于在ITO表面上的含氮化合物的上述功能，可改善有机电致发光设备的性能。另外，氮等离子体通过表面腐蚀降低了 Sn浓度，因此可稳定有机电致发光设备的ITO界面，并可改善设备的寿命和效率。本专利技术使用的氮等离子体可利用氮气,或氮气、氧气、氩气、氢气等的混合气体作为等离子体放电气体。另外，氨气或包括氨的混合气体可代替氮气被利用作为等离子体放电气体。在ITO表面上氧的浓度可通过使用与氮气或氨气结合的氢气、氨或氧作为等离子体放电气体而被调节。在氩气的情况下，表面腐蚀比率是良好的。因此，含有这些组分的混合气体可被利用以便调节ITO表面的均匀性和在ITO表面上氧的浓度。当活性气体、更特别的是具有对氧的高活性的氢气气体小于3%的量与氮气混合，或氨气与氮气混合时，存在于ITO表面上的氧原子可与氢气原子反应，即氧原子被还原，以使表面成为缺氧状态，有利于在ITO表面上形成含氮化合物。氮等离子体处理进行如下，但不限于此。ITO玻璃引入到RF等离子体反应器内后，通过使用涡轮真空泵施加I X 10_6torr的真空能级的真空，然后使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备包含氧化铟锡的用于有机电致发光设备的阳极的方法，该方法包括以下步骤：使用氮等离子体处理氧化铟锡膜的表面，从而使该氧化铟锡表面的逸出功降低。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世焕，姜旼秀，全相映，金钟杰，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：