[发明专利]铟镧钛氧化物透明导电薄膜

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种可应用于液晶显示屏、电致发光器件、太阳能电池、有机和无机半导体激光器等光电子器件的透明导电薄膜。

背景技术

透明导电薄膜是一种优良的光电信息材料，它即有良好的导电性，又在可见光范围具有很好的透光性。这些特性使其在液晶显示屏、电致发光器件、太阳能电池、有机和无机半导体激光器等光电子技术领域有着广泛的应用。

目前，惯用的透明导电薄膜主要是以三氧化二铟(In₂O₃)、二氧化锡(SnO₂)或氧化锌(ZnO)为基体，与其它掺杂元素而构成的氧化物材料。其中商品化应用最广的是掺锡(Sn)的In₂O₃透明导电薄膜(简称ITO)。透明导电薄膜在薄膜器件中主要用来做透明电极。近年来，各种光电器件的发展对现有的透明导电薄膜提出了新的要求。例如有机电致发光器件(OLED)属于载流子注入型器件。为了获得好的电致发光性能，要求阳极材料的功函数能与有机材料的最高已占分子轨道(HOMO)能级匹配，而阴极材料能与有机材料的最低未占分子轨道(LUMO)能级匹配。商品化透明导电薄膜的功函数一般在4eV至5eV之间。OLED器件通常采用ITO作为阳极。ITO的功函数一般为4.5eV至4.7eV。而OLED中接触阳极的空穴传输层(HTL)材料例如NPB和CuPc的HOMO能级分别为5.2eV和5.3eV。因此在ITO/HTL界面存在一个势垒，导致载流子注入效率的低下和器件的性能降低。为了改善载流子注入效率，人们发展出了缓冲层技术，就是在ITO和HTL之间制备一层很薄(厚度一般小于几个nm)的无机或有机材料作为缓冲层，起到提高ITO电极的功函数并降低界面势垒的作用。另外，导电性好的聚合物材料例如聚二氧乙基噻吩/聚对苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，其薄膜的功函数较高(5.2eV)，也常用在ITO和有机材料之间来降低界面势垒。但是在上述方法中，用缓冲层提高阳极的功函数是有限的，而且功函数不稳定。而PEDOT:PSS有极强的酸性，能腐蚀ITO表面并释放金属离子或氧离子等物质进入有机层中导致器件性能的劣化。有机太阳能电池(OSC)和其他光电子器件中存在着类似的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学稳定性好、导电性能优良、可见光透过率高以及功函数高的可广泛应用于制备液晶显示屏、电致发光器件、太阳能电池、有机和无机半导体激光器等光电子器件的新型铟镧钛氧化物透明导电薄膜，以克服目前惯用的透明导电薄膜材料存在的上述缺陷，有效地提高光电子器件的亮度或光电转换效率等性能。

本发明铟镧钛氧化物透明导电薄膜，是在In₂O₃基体中掺杂La和Ti元素所构成的In-La-Ti-O氧化物(简称为ILTO)，其中Ti与In的质量比为0.002∶1至0.3∶1，La和Ti的质量和与In的质量比为0.005∶1至0.4∶1。

本发明透明导电ILTO薄膜，可以In₂O₃、La₂O₃和TiO₂或In₂O₃和LaTiO₃或金属In、La和Ti为原料，在真空镀膜机中、氧与氩混合气体环境下通过常规的电子束沉积、磁控溅射、离子溅射、脉冲激光沉积或真空热蒸发工艺沉积在各种刚性和柔性(例如玻璃、宝石、石英、金属箔、硅片、塑料、有机玻璃、无机半导体、晶体材料)衬底上制得。ILTO薄膜在制备过程中的基本技术要求是：镀膜设备的真空度达到2×10^-3Pa；制备时的工艺气体为氧与氩混合气，其氧与氩的体积比为0.1∶1～2∶1；沉积时真空室内压力为7×10^-3～4×10^-1Pa、衬底的加热温度为60～400℃。

本发明透明导电ILTO薄膜具有以下优点：

1)与现有的透明导电薄膜例如ITO相比，本发明所制备的ILTO透明导电薄膜具有更高的功函数，数值可达到5.2eV，而ITO的功函数为4.7eV。因而以ILTO透明导电薄膜制备的电极与有机层之间的界面势垒小，用于有机光电器件例如OLED以及OSC中能使器件性能显著提高。

2)ILTO的热稳定性好于ITO。ILTO在500℃仍具有很好的导电性能，而ITO薄膜在400℃时导电性能已经变差。