有機器件中低溫低損傷磁控濺射沉積透明導電薄膜技術(shù)的研究進(jìn)展
傳統磁控濺射技術(shù)在有機襯底或有機光電材料上沉積透明導電氧化物陰極薄膜時(shí)，荷能粒子轟擊有機襯底或有機光電材料會(huì )造成襯底或材料的溫升和結構損傷，最終影響有機光電器件的性能與壽命，因此實(shí)現有機器件中透明導電陰極薄膜的低溫低損傷磁控濺射制備過(guò)程是一個(gè)非常重要的研究課題。本文總結了過(guò)去十幾年來(lái)低溫低損傷磁控濺射沉積透明導電薄膜技術(shù)的進(jìn)展，并提出了在確保低溫低損傷濺射沉積的前提下，解決薄膜沉積速率較慢、靶材利用率較低和薄膜均勻性較差等問(wèn)題的途徑。探索出一種低溫低損傷高速沉積性能優(yōu)異透明導電薄膜的制備技術(shù)，是提高有機光電器件性能的關(guān)鍵。
在過(guò)去的二十多年中，有機小分子/聚合物光電材料和器件的研究取得了迅速發(fā)展。與無(wú)機光電材料和器件相比，有機光電材料和器件具有較快的響應速度、較少的能量消耗、更高的亮度和可加工性等優(yōu)點(diǎn)。其中以有機電致發(fā)光器件(OrganicLight-EmittingDevice，OLED)、有機光伏器件(OrganicPhotovoltaic，OPV)和有機薄膜晶體管(Organicthinfilmtransistor，OTFT)為典型代表，已在新型平板顯示、固體照明、柔性顯示、高密度信息傳輸與存儲、新能源和光化學(xué)利用等領(lǐng)域顯現了廣闊的應用前景。
圖1 透明有機電致發(fā)光器件示意圖
特別是近些年來(lái)，透明式的有機光電器件(Transparentorganic-baseddevice)備受關(guān)注(如透明OLED，見(jiàn)圖1)，其優(yōu)勢在于當不顯示信息時(shí)面板是半透明的，顯示時(shí)兩面都可以接收到信息。在透明式有機光電器件中，要求陰極材料必須透明導電，雖然很薄的金屬薄膜可以滿(mǎn)足要求，但常常會(huì )遇到斷路或金屬氧化等問(wèn)題，所以使用透明導電氧化物薄膜作為陰極材料是最佳選擇。采用電子束蒸發(fā)法可以實(shí)現在有機襯底上沉積質(zhì)量較好的透明導電薄膜，但是需要控制束流大小和密度，還需要將襯底加熱到150oC。因此，在有機材料層上磁控濺射這種沉積過(guò)程中對有機材料的損傷和溫升直接影響沉積透明導電氧化物薄膜是比較通用的方法，但傳統的磁控濺射技術(shù)由于襯底面向靶材表面(即靶材與有機物襯底平行)，等離子體處于靶材和襯底之間，具有一定能量的荷能粒子如反射原子(氬原子、氧原子)、濺射原子、二次電子和氧負離子等直接對有機物襯底轟擊，容易產(chǎn)生靜電損傷、離子轟擊損傷、紫外光輻射損傷、等離子體熱輻射損傷等問(wèn)題，同時(shí)也會(huì )引起襯底溫度的升高(見(jiàn)圖2)。
圖2 傳統磁控濺射示意圖
有機材料層與電極之間的電荷傳輸和載流子遷移，進(jìn)而影響有機光電器件的性能與壽命。因此，有機器件中低溫低損傷磁控濺射沉積透明導電薄膜是一個(gè)非常重要的研究課題。
展望
對向靶材磁控濺射已經(jīng)在低溫低損傷透明導電薄膜沉積過(guò)程中表現出技術(shù)優(yōu)勢，逃逸出等離子體區的部分二次電子或離子可以通過(guò)調節和改變磁場(chǎng)形式及強度的方法得到抑制，但還需要進(jìn)一步提高沉積速率和靶材利用率，特別是在大面積沉積時(shí)，還需要考慮到薄膜的均勻性問(wèn)題。與永磁鐵的磁場(chǎng)相比，旋轉磁場(chǎng)技術(shù)不僅可以增加靶材的利用率，還可提高薄膜沉積過(guò)程中的穩定性，但目前這種技術(shù)僅在傳統磁控濺射系統得到了應用。若將對向靶材磁控濺射與旋轉磁場(chǎng)技術(shù)相結合并輔以改變?yōu)R射氣體組分和比例等其他手段，相信會(huì )取得更好的低溫低損傷沉積效果，并且能提高沉積速率、靶材利用率和薄膜的均勻性，為低溫低損傷高速沉積透明導電薄膜提供一種新技術(shù)。
另外，傳統的硬式顯示器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們對顯示器功能的需求，而柔性顯示器有輕、薄、耐沖擊、可繞曲性且不受場(chǎng)合和空間限制等特性，但柔性材料熱傳導率低，對溫度同樣敏感，表面溫度也容易上升;熱膨脹系數大，容易造成薄膜和柔性襯底之間的應力而導致薄膜剝離，這些都限制了柔性器件的大規模應用。低溫低損傷高速沉積的性非常適合于在柔性有機襯底上沉積透明電極，并在此基礎上實(shí)現無(wú)應力薄膜的沉積，拓展低溫低損傷高速磁控濺射技術(shù)的應用，將對柔性有機光電器件的工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)生重要的影響。
