ITO表面处理方法

摘 要：不同的表面处理会影响ITO薄膜的光学和电学性能，并对整个OLED器件的效率和寿命产生影响。因此需要通过表面性能。本文介绍了几种常用的表面处理方法，并对各种处理方法进行比较。

1 引言

应用于彩色显示器的有机发光器件（OLED）具有优秀的图像质量，特别是在亮度以及对比度等方面。近十年来，对OLED的研究得到广泛的关注，对未来的图像显示技术带来无法估量的冲击。OLED器件的性能与空穴注入过程有非常密切的关系，通过使用锡掺杂氧化铟（ITO）做OLED的阳极。

ITO具有低电阻率、高可见光率和高红外光反射率等优良特性，已经被广泛应用于固态平板显示器件。ITO的导带主要由In和Sn的55轨道组成，价带由氧的2S轨道占主导地位。氧空位及Sn取代掺杂原子，构成施主能级并影响导带中的载流子浓度。在ITO淀积过程中，由于薄膜中产生氧空位和Sn搀杂取代，形成高度简并的n型半导体。费米能级位于导带底之上，因而具有很高的载流子浓度及低电阻率。此外，ITO的带隙较宽，因而ITO薄膜对可见光和近红外光具有很高的透过率。但是，由于ITO属于非化学计量化合物，喷涂法、真空蒸发、化学气相淀积、反映离子注入以及磁控溅射等沉积方法、沉积条件，以及表面处理方法，都将影响ITO薄膜的性能，导致ITO表面功函数在4~5eV之间变化。目前，ITO玻璃的生产已经商业化，想要改善OLED的性能，需要对ITO的表面进行处理，使之适应有机物薄膜。

2 表面处理对ITO表面性能的影响

下面从电学及表面性质两个方面，讨论ITO表面处理的作用以及对OLED性能的影响。

2.1 表面处理对ITO表面性能的影响

ITO阳极是OLED光出射面，粗糙的ITO表面将使光线发生漫反射，减少出射光的强度，降低OLED的外量子效率。粗糙的ITO表面会影响OLED的内场分布，ITO表面的局部高场会加速有机材料老化，从而降低器件的寿命和稳定性。

2.2 表面处理对ITO电性能的影响

OLED是空穴注入限制器件，空穴注入的数目直接影响整个器件的性能。通过改变表面的In、O、Sn及表面C污染物的含量，可以提高表面功函数，减小空穴注入的势垒，提高空穴注入的数目。ITO是n型半导体，由重搀杂的Sn4+以及氧空位提供电子，当减少这两种成份在表面的含量时间，表面功函数就会降低。

3 ITO表面处理方法

常用的ITO表面处理方法有机械抛光处理、酸碱处理、等离子处理及以上各种方法的结合。在进行表面处理之前，要对ITO基片进行清洗，依次用去离子水、丙酮、无水醇超声清洗各30分钟后，再用纯氮气吹干。下面详细说明各种表面处理方法。

3.1 ITO表面处理方法

固体表面的结构和组成都与内部不同，处于表面的原子或离子表现为配位上的不饱和性，这是由于形成固体表面时被切断的化学键造成的。正是由于这一原因，固体表面极易吸附外来原子，使表面产生污染。因环境空气中存在大量水份，所以水是固体表面最常见的污染物。由于金属氧化物表面被切断的化学键为离子键或强极性键，易与极性很强的水分子结合，因此，绝大多数金属氧化物的清洁表面，都是被水吸附污染了的。在多数情况下，水在金属氧化物表面最终解离吸附生成OH-及H+，其吸附中心分别为表面金属离子以及氧离子。

根据酸碱理论，M+是酸中心，O-是碱中心，此时水解离吸附是在一对酸碱中心进行的。在对ITO表面的水进行解离之后，再使用酸碱处理ITO金属氧化物表面时，酸中的H+、碱中的OH-分别被碱中心和酸中心吸附，形成一层偶极层，因而改变了ITO表面的功函数。

3.2 等离子体处理

等离子体通常使用图3所示的设备进行工作。将基片放在底座上，在真空系统中通入不同的混合气体，并在金属电极上家射频电压将气体电离，形成等离子体，以非常快的速度轰击ITO基片。为了形成较均匀的电场，电极采用金属栅网结构。等离子体的作用通常是改变表面粗糙度和提高功函数。研究发现，等离子作用对表面粗糙度的影响不大，只能使ITO的均方根粗糙度从1.8nm降到1.6nm，但对功函数的影响却较大。用等离子体处理提高功函数的方法也不尽相同。氧等离子处理是通过补充ITO表面的氧空位来提高表面氧含量的。氧同表面有机污染物反应生成CO2和H2O，去除了表面有机污染物。SF6通过在ITO表面形成一层含氟层来提高表面功函数，对粗糙度的改变不明显。Ar等离子处理是通过除区在装载基片过程中吸附的氧来清洁ITO表面的。

3.3 机械抛光

用大量Al2O3微粉状喷丸流高速喷向ITO表面，借助其动能将表面层的微观凸起部位削平或压平，以实现抛光的目的。此法操作简单，表面微观型貌良好，无方向性，主要用于清除表面积