有機(jī)器件中低溫低損傷磁控濺射沉積透明導(dǎo)電薄膜技術(shù)的研究進(jìn)展

　　傳統(tǒng)磁控濺射技術(shù)在有機(jī)襯底或有機(jī)光電材料上沉積透明導(dǎo)電氧化物陰極薄膜時(shí)，荷能粒子轟擊有機(jī)襯底或有機(jī)光電材料會(huì)造成襯底或材料的溫升和結(jié)構(gòu)損傷，最終影響有機(jī)光電器件的性能與壽命，因此實(shí)現(xiàn)有機(jī)器件中透明導(dǎo)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(jié)了過(guò)去十幾年來(lái)低溫低損傷磁控濺射沉積透明導(dǎo)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(dǎo)電薄膜的制備技術(shù)，是提高有機(jī)光電器件性能的關(guān)鍵。

　　在過(guò)去的二十多年中，有機(jī)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(jī)光電材料和器件相比，有機(jī)光電材料和器件具有較快的響應(yīng)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(jī)電致發(fā)光器件(OrganicLight-EmittingDevice，OLED)、有機(jī)光伏器件(OrganicPhotovoltaic，OPV)和有機(jī)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(chǔ)、新能源和光化學(xué)利用等領(lǐng)域顯現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 透明有機(jī)電致發(fā)光器件示意圖

　　特別是近些年來(lái)，透明式的有機(jī)光電器件(Transparentorganic-baseddevice)備受關(guān)注(如透明OLED，見(jiàn)圖1)，其優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)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(jī)光電器件中，要求陰極材料必須透明導(dǎo)電，雖然很薄的金屬薄膜可以滿足要求，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(dǎo)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(xiàn)在有機(jī)襯底上沉積質(zhì)量較好的透明導(dǎo)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(jī)材料層上磁控濺射這種沉積過(guò)程中對(duì)有機(jī)材料的損傷和溫升直接影響沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜是比較通用的方法，但傳統(tǒng)的磁控濺射技術(shù)由于襯底面向靶材表面(即靶材與有機(jī)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(fù)離子等直接對(duì)有機(jī)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(tǒng)磁控濺射示意圖

　　有機(jī)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(jī)光電器件的性能與壽命。因此，有機(jī)器件中低溫低損傷磁控濺射沉積透明導(dǎo)電薄膜是一個(gè)非常重要的研究課題。

展望

　　對(duì)向靶材磁控濺射已經(jīng)在低溫低損傷透明導(dǎo)電薄膜沉積過(guò)程中表現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，逃逸出等離子體區(qū)的部分二次電子或離子可以通過(guò)調(diào)節(jié)和改變磁場(chǎng)形式及強(qiáng)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(zhuǎn)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(wěn)定性，但目前這種技術(shù)僅在傳統(tǒng)磁控濺射系統(tǒng)得到了應(yīng)用。若將對(duì)向靶材磁控濺射與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)技術(shù)相結(jié)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(dǎo)電薄膜提供一種新技術(shù)。

　　另外，傳統(tǒng)的硬式顯示器已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)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(dǎo)率低，對(duì)溫度同樣敏感，表面溫度也容易上升;熱膨脹系數(shù)大，容易造成薄膜和柔性襯底之間的應(yīng)力而導(dǎo)致薄膜剝離，這些都限制了柔性器件的大規(guī)模應(yīng)用。低溫低損傷高速沉積的性非常適合于在柔性有機(jī)襯底上沉積透明電極，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無(wú)應(yīng)力薄膜的沉積，拓展低溫低損傷高速磁控濺射技術(shù)的應(yīng)用，將對(duì)柔性有機(jī)光電器件的工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)生重要的影響。