基于IVO透明导电薄膜的有机电致发光器件

吕彬 王加娜 房宝泉 郑佳魏 田苗苗

【摘 要】有机电致发光器件（OLED）是有机光电子器件中最早问世的器件之一，对于OLED的阳极，为了提高空穴的注入效率，通常都要求阳极的功函数尽可能的高。最广泛的被采用作为OLED中阳极的是氧化铟锡透明导电薄膜（ITO），研究表明提高阳极的功函数可以适当的降低阳极和空穴传输层之间的势垒，从而达到改善器件性能的目的。本文采用制备的氧化铟钒透明导电薄膜（IVO）去取代传统的商业ITO制备OLED，通过比较两个OLED的性能分析ITO与IVO在OLED应用中的优劣。

【关键词】氧化铟锡;氧化钒;透明导电薄膜;有机电致发光器件

1 应用于OLED的透明导电氧化物薄膜的研究现状

透明导电氧化物（Transparent Conducting Oxides，简称TCO）既具有高的导电性，可见光范围内又具备高的透光性，且在红外光范围内有较高的反射特性，在光電产业中应用前景非常广阔。OLED是有机光电子器件中最早问世的器件之一， OLED的基本原理与无机半导体发光二极管（LEDs）相似，都是通过两个电极分别向器件中注入电子和空穴，载流子在器件中经传输之后在器件中的发光层中复合而形成激子，然后通过激子的辐射衰变而发光。将商业化的ITO作为OLED的阳极时，一般要求ITO在可光光的平均透过率超过80%，方块电阻为10～100 Ω/□，电阻率应尽可能的低。由于ITO的薄膜的功函数（Φ）较低（ΦITO<4.7eV），在OLED的应用上会较大程度的影响器件的性能、寿命、稳定性等。

2 IVO透明导电氧化物薄膜的制备及光电特性

本文中，我们采用真空热蒸发法共制备了三种不同掺杂V浓度的IVO薄膜（样品A、B、C）。当薄膜制备完成，腔体经自然冷却至室温后将样品取出，通常认为在TCO薄膜中，透过率值的大小与薄膜中载流子浓度的高低成反比，所以具有最大载流子浓度的样品B的透过率较其它两个样品要低一些。三个样品在可见-近红外区域平均透过率均大于83%，且在近紫外区域有着陡峭的吸收边。薄膜样品A和C有着相同的最大透过率90.2%;样品B的最大透过率则为89.6%。根据IVO的透过率的结果，由公式（1）计算薄膜的吸收系数α，即：

式中，d为薄膜的厚度，经膜厚仪测试，得IVO样品的厚度为100±5 nm;T与R分别为薄膜的透过率与反射率。由公式（2）可计算IVO薄膜的带隙，即：

其中，A为常数，hγ为光子的能量，Eg为带隙宽度。通过绘制出（αhγ）2与hν的关系曲线，然后将曲线的线性部分外推到αhν=0处，IVO薄膜的光学带隙即为此时对应的值，样品A、B、C的光学带隙值分别为3.79 eV、3.76eV和3.81eV。相比于与商业化ITO薄膜（Eg=3.5eV），IVO的带隙宽度得到了展宽，这是由Burstein-Moss shift 效应造成的。

3 基于ITO及IVO透明导电薄膜的有机电致发光器件的性能对比

取样品A作为阳极制备OLED，首先用去离子水反复的冲洗IVO基片，再将其浸泡在丙酮溶液中进行超声清洗15分钟。清洗完成之后将其吹干。为了获得需要的发光面积及阳极图形，将IVO薄膜置于暗室中进行光刻曝光、显影、清洗后备用。ITO的清洗过程与IVO一样。将清洗后的基片放入真空薄膜沉积系统中，制备结构为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分别为IVO与商业ITO，且二者方块电阻接近，分别为98 Ω/□与95 Ω/□。两个OLED的发光面积～2mm×2mm。器件的有机层和金属电极蒸镀过程中保持真空室内真空度高于10-4Pa，蒸发速率约为0.1nm/s。器件的电流密度（J）-电压（V）-亮度（L）结果由Keithley 2400与Photo Research PR705 组成的系统测得。所有的测试试验都是在室温大气的环境下进行的。

实验结果如下：1）基于IVO阳极的OLED器件的启亮电压为2.4V，基于IVO阳极的OLED器件的启亮电压为2.9V，比ITO阳极器件的启亮电压低了0.5V。2）ITO器件能承受的最大工作电流密度为1400 mA/cm2，IVO器件能承受的最大工作电流密度为2400 mA/cm2，两个器件在最大电流密度下的亮度分别为23000 cd/m2与69000 cd/m2。实验结果表明：1）在低电流密度下，由于IVO阳极与NPB之间的空穴注入势垒相对于ITO器件来说更小，因此，IVO器件的载流子注入能力及注入平衡更优，推测IVO的功函数可能高于商业化的ITO。2）在同样的驱动电压下，IVO器件的注入电流能力高于ITO器件，实现了更好的二极管整流特性。更加验证我们的推测，即IVO可能具有更高的功函数且更利于载流子的注入平衡。

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[责任编辑：杨玉洁]