ITO表面处理对有机电致发光器件性能的影响
2024-10-18
来源:威能网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第28卷第8期 半导体学报 VO1.28 NO.8 Aug.,2007 2007年8月 CHINESE JOURNAL OF SEMICoNDUCToRS ITO表面处理对有机电致发光器件性能的影响* 王 静 姜文龙 王广德 王立忠 汪 津 韩 强 丁桂英 刘式墉 (1吉林师范大学信息技术学院,四平 136000) (2吉林大学集成光电子国家重点联合实验室,长春130012) 摘要:用Al。()3抛光液处理ITO表面制备了有机电致发光器件.将ITO玻璃片分别放人Alz()3水选分级后的不 同粒度的抛光液中,进行不同时间的超声处理,发现随着Alz()3抛光液粒度不同、超声时间的不同、ITO的表面质 量不同,器件的性能都有不同程度的变化.经过优化发现,当Alz()3抛光液水选分级后的粒度是0.6 m,超声时间 为10min,采用导电层的厚度是50±10nm,方块电阻是40fU口的ITO时,器件的亮度在同一电压下提高了三倍 多,器件达到100cd/m。的亮度所需驱动电压也由9V降至6v;器件的最大亮度在15V时达到了25880cd/m。,最 大效率也由2.5cd/A提高至3.82cd/A.通过原子力显微镜对ITO表面形貌进行分析,可以看到,经过AI203抛光 液处理的ITO玻璃片表面粗糙度降低了,粗糙度的降低有助于阳极和有机物的结合,有利于空穴的注人,从而使得 器件性能得到改善. 关键词:有机电致发光器件;ITO;抛光 EEACC:4260 中图分类号:TN3 文献标识码:A 文章编号:0253-4177(2007)08-1312-04 善.通过原子力显微镜对ITO表面形貌进行了分 1 引言 有机电致发光器件发展到今天,越来越受到人 们的重视,人们通过各种手段来改善器件的性能,使 其更加实用化.通过对ITO表面进行处理来改善器 件的性能也是近年来人们所热衷的手段之一¨1].这 方面有许多人做了很多工作,利用等离子_2。]、紫外 光照射_4 ]、热处理和酸处理 ]、氧化剂等手段对 ITo玻璃表面进行处理_7],甚至在ITo和空穴传输 层之间加上一层极薄的缓冲层_8 ̄1 ,都有助于器件 性能的改善.最近Jung等人 利用Al。o。进行机 析,可以看到,经过优化处理的ITO玻璃薄片表面 的粗糙度降低了,粗糙度的降低有助于阳极和有机 物的结合,有利于空穴的注入,从而使得器件性能得 到改善. 2 实验 实验中我们采用静置沉降的水选分级方法分别 得到Al。o。的粒度分别是1,0,6和0.3 m的抛光 液.将ITO玻璃衬底,用丙酮、乙醇、去离子水反复 械抛光明显地改善了器件的性能.在此基础上,我们 提出了用超声代替机械抛光的处理方法,使其更利 于控制处理条件,获得了较好的处理结果.将ITO 的玻璃片分别放入水选分级后的Al。03抛光液中, 抛光液中Al。o。的粒度分别接近1,0.6和0.3 m, 并进行不同时问的超声处理,发现随着抛光液中 擦洗,并用丙酮、乙醇、去离子水分别超声lOmin,最 后在烘箱中烘干待用.将清洗过的ITO玻璃片分别 浸入经过水选分级的不同粒度的Al。o。抛光液中, 然后经过不同时间的超声处理,并将处理过的ITO 玻璃薄片再用丙酮超声lOmin.器件的制备在多源 有机分子气相沉积系统中进行.在制作器件的过程 中真空室的压力保持在3×10I4Pa以下,发光区的 面积为5mm。,亮度一电流一电压特性、色坐标及电致 Al。o。粒度不同、超声时间的不同,器件的性能都有 不同程度的变化.在此基础上优化实验条件,并与对 比器件在同一条件下制备有机电致发光器件,可以 观测到,经过A1。O。处理的器件的性能得到了改 发光光谱由计算机控制Keithleysource2400, PR650亮度一电流一电压特性、色坐标及电致发光光 谱测试系统进行测试.所有测量均在室温大气条件 下进行. *国家自然科学基金(批准号 60207003,60376028),国家重点基础研究发展规划(批准号:2003CB314703),吉林省科技发展计划(批准号: 20050523),吉林省教育厅科研计划(批准号:吉教科合字E20033第25号,第54号)和四平科技局计划(批准号;四科合字第 20030017号)资助项目 十通信作者.Email:jlsdwj@yahoo.com 2007.03.23收到,2007.04-20定稿 ⑥2007中国电子学会 维普资讯 http://www.cqvip.com 第8期 王 静等: ITO表面处理对有机电致发光器件性能的影响 图1不同粒度Alz03抛光液处理器件的,.- 和 -V曲线 Fig.1 L-V and 7/"-V curves of devices after different granularity AIz 03 polishing treated 器件采用的是传统的简单的三层结构ITo/ NPB(50nm)/Alq3/(50nm)LiF(0.5nm)/A1.其中 N,N’一bis一(1一naphth1)一N,N’一diphenyl,1’一biphe— ny1.4,4’.diamine(NPB)作为空穴传输层,tris.(8. hydroxyquinoline)aluminium(Alq3)作为电子传输 层和发光层,LiF作为修饰Al电极的材料. 3结果与分析 图1是用A1 O。的粒度分别是0.3,0.6和 1 m的抛光液,对ITO玻璃薄片进行10min的超声 处理的器件(Device A,Device B,Device C)以及对 比器件(control device)的L. , 曲线.从图1 可以看出,在电压为10V时Device A,Device B, Device C亮度分别是1500,1676,1223cd/m ,均超 过了lO00cd/m ,没有处理的器件的亮度仅为 319.6cd/m ,在相同电压下亮度提高了3倍多,De. vice B的最大亮度、最大效率相对比较好,分别为 14680cd/m 和3.6cd/A.但在实验中发现,用不同 粒度的A1 O。抛光液处理的ITO玻璃样片,在制备 器件时表面有斑点,这些斑点会造成局部电压过高 而烧毁,影响了器件的性能.于是选择粒度是 0.6 m A1 O3的抛光液,对ITo玻璃薄片进行不同 时间的超声处理(5,10,15和20min),再用丙酮进 行10min的超声处理,所对应的器件分别为Device D,Device E,Device F,Device G,如图2所示,发 现超声时间不同时器件的性能也不同,器件的亮度 在超声时间低于10min时随着超声时间的增加而 增加,当超声时间超过10min时反而减少,当超声 时间为10min时,器件的亮度最大(图中的Device E),最大亮度达到24880cd/m ,最大效率达到了 3.7cd/A. 在实验过程中,我们还发现对不同表面性质的 ITO玻璃样片,在同样条件下制备有机电致发光器 件,器件的性能也发生了改变.我们分别选择导电层 图2不同超声时间处理器件的,.- 和 -V曲线 Fig.2 L-V and 7/-V curves of devices after different ultrasonic treated 的厚度是50±lOnm,面电阻是4off/口(thick)和导 电层的厚度是25±5nm、面电阻是100 ̄/口(thin) 两种ITo玻璃薄片用Al o。抛光液粒度分别是0.6 和1 m的抛光液进行相同时间的超声处理,再进行 有机电致发光器件的制备. 从图3中可以看出,不论是用A1 O。抛光液粒 度是0.6 m还是1 m厚的ITO玻璃片的电致发光 图3 不同ITO表面性质的,.. 曲线(a)和 曲线(b) 其 中H~M分别代表不同ITO表面性质和不同粒度的Device H(thin),Device I(thick),Device J(thin,0.6Ⅱm),Device K(thick,0.6“m),Device L(thin,1pm),Device M(thick, l ̄tm) Fig.3 L-V and 7/-V curves of devices using the dif- ferent ITO surface character and different granularity 维普资讯 http://www.cqvip.com 半导体学报 第28卷 图4优化处理前后器件的L-V和 一V曲线 Fig.4 L-V and r/-V curves before(Control device) and behind(Device N)by optimized treated 特性都优于thin玻璃片,即Device K,Device M的 性能要好于器件Device J,Device L,也可以看到经 过处理的器件在低电压下,亮度要比Control de. vice高出一倍以上,尤其用粒度是0.6ktm的Al。03 抛光液处理的器件,性能的优越性更明显. 基于此我们选择了粒度是0.6ktm A1。Os抛光 液,对导电层的厚度是50±10nm,面电阻是40f2/口 的IT0玻璃片进行10min超声处理,然后再用丙酮 进行10min超声,并与没有经过处理的样片在相同 条件下制备有机电致发光器件Device N,Control device.图4分别为处理前后的L. , 特性曲 线,可以看到经过处理的器件,达到100cd/m。的亮 度所需驱动电压也由9V降至6V,device N的最大 亮度达到了25880cd/m。,而Control device的最大 亮度仅为12350cd/m。,器件的最大效率由2.5cd/A 提高至3.82cd/A,器件的亮度在相同电压下大约提 高了3倍多. 我们用原子力显微镜对用Al。0。的抛光液处 理前后的样片进行了分析,图5和图6分别是没有 经过Alz0s抛光液处理的和经过粒度是0.6ktm 图5处理前的原子力显微镜照片 Fig.5 AFM photo before treated 5 O 2.5 O O LLm 图6处理后的原子力显微镜照片 Fig.6 AFM photo after treated Al。0。的抛光液处理的样片,从图上我们可清楚地 看到,处理前后,样片的表面特征发生了变化,经过 处理的ITO表面光滑了.我们分别在优化处理前后 的IT0玻璃片上,在同一条件下生长有机膜NPB, 并用原子力显微镜对表面形貌进行了分析,如图7 所示.从照片上可以看出,处理后表面均匀、平滑,说 明通过这种方法处理后,提高了有机膜的附着力,从 而使器件的性能得以提高. 弱豳—■■■-:2 0 图7在ITO上生长有机膜NPB,经过A1203处理前(a)后 (b)的AFM照片 Fig.7 AFM photo of growth organic film on ITO surface before(a)and after(b)treated using A12 03 维普资讯 http://www.cqvip.com 第8期 王静等: ITO表面处理对有机电致发光器件性能的影响 1315 a1.Angle dependent X-ray [4] Song W J,So S K,Wang D Y,et4 结论 总之,我们用一定粒度的AlzO。抛光液对ITO 玻璃样片进行超声处理,当水选分级后AlzO。抛光 [5] pho toemission study on UV.ozone treatment of indium tin oxide.Appl Surf Sci,2001,177:158 Destruel P,Bock H,Seguy I,et a1.Influence of indium tin oxide treatment using UV・ozone and argon plasma on the photovoltaic parameters of devices based on organic discotic materials.Polymer International,2006,55:601 液的粒度、超声时间选择合适时,能够有效地改善有 机电致发光器件的性能.通过原子力显微镜分析,这 样的处理使得ITO玻璃样片的表面变光滑,有助于 阳极和有机物的结合,有利于空穴的注入.此种方法 属于前处理过程,容易进行,可以在不改变器件结构 的前提下提高器件的效率,也就是说,可以使用简单 的结构来提高器件的性能,方法简单,重复性好. 参考文献 [1] Liu J M,Lu P Y・Weng W K.Studies on modifications of ITO surfaces in OLED devices by Taguchi methods.Mater Sci Eng B,2001,85:209 M,Cheng W C,Hong F C.Enhanced performance of [2] Chan Iorganic light・emitting devices by atmospheric plasma treat・ ment of indium tin oxide surfaces.Appl Phys Lett,2002,80: 13 [6] Kim J S,Friend R H,Cacialli F.Surface energy and polarity of treated indium-tin・oxide anodes for polymer light-emit・ ting diodes studied by contact—angle measurements.J Appl Phys,1999,86:2774 [7] Wang J,Lu L,Jiang W L,et a1.High・efficient organic light・ emitting diodes using indium tin oxide treated by KMnO4 so・ lution as anode.Chin Phys Lett,2005,22:727 [8] He P,Wang S D,Wong W K,et a1.Vibrational analysis of oxygen-plasma treated indium tin oxide.Chem Phys Lett, 2003,370:795 a1.Importance of indium [9] Nuesh F,Eorsythe E W,Le Q T,ettin oxide surface acido basicity for change injection into or・ ganic materials based light emitting diodes.J Appl Phys, 2000,87:7973 EIOJ Deng Z B,Ding X M,Lee S T,et a1.Enhanced brightness and efficiency in organic electroluminescent devices using SiO2 buffer layers.Appl Phys Lett,1999,74:2227 asma preparation on indium-tin・ox・ [3] Lu H T,Yokoyama M.PlE11] Jung S,Park N G,Kwak M Y,et a1.Surface treatment effects of indium・tin oxide in organic light-emitting diodes. Optical Materials,2003,21:235 ide anode surface for organic light emitting diodes.J Cryst Growth,2004,260:186 Influence of ITO Surface Treatment on Performance of Organic Light—Emitting Devices Wang Jing ,。 ,Jiang Wenlong ,Wang Guangde ,Wang Lizhong ,Wang Jin , Han Qiang ,Ding Guiying ,and Liu Shiyong。 lin Normal University,Siping 136000,China) (1 Department of Electronic Information and Engineering, JiJilin University,Changchun 1 30023,China) (2 National Laboratory of Integrated Optoelectronics, Abstract:IT0 anode surfaces are polished with Al2 O3.Machine polishing is replaced with an ultrasonic process,which is easi- er to control to obtain a better ITO anode surface.ITO.coated glass substrates(ITO thickness is 50±10nm,sheet resistance is 4On/口)are put into different water—graded Al2 03 polishing solutions with different Al2 03 granularities.Then devices are fabricated with a traditional double.1ayer structure.The performance of the organic light.emitting diodes(0LEDs)based on the indium tin oxide(ITO)anodes processed ultrasonically in AI2 O3 polishing solution is improved.By optimizing the Alz 03 granularity to 0.6um and the ultrasonic processing time to 10min,the drive voltage falls from 9 to 6V at 100cd/m。compared with the control device。which underwent no treatment.The luminance of the device is over three times that of the control device.reaching 25880cd/m。at 15V.The luminous efficiency is 3.82cd/A,which is the best of all the devices.As a result, with an Al2 O3 granularity of 0.6“m and ultrasonic processing time of 10min,the electroluminescence performance of the ITO.treated device is improved.The solution.treated sample shows a much smoother surface than the non—treated one,which enhances the hole iniection,leading to improved device performance. Key words:organic light・emitting device;indium tin oxide anode;polishing EEACC:4260 Article ID:0253.4177(2007)08.1312.04 *Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.60207003,60376028),the State Key Development Program for Basic Research of China(No.2003CB314703),the Science and Technology Development Program of Jilin Province(No. 20050523),the Scientific Research Program of the Department of Education of Jilin Province(Nos.吉教科合字E2003J第25号,吉 教科合字E20043第54号),and the Program of Department of Science and Technology of Siping(No.四科合字第20030017号) 干C0rresp0nding author.Email:ilsdwl@yahoo.com.cn Received 23 March 2007,revised manuscript received 20 April 2007 ⑥2007 Chinese Institute of Electronics