專利名稱：磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜、其制備方法及有機電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜及其制備方法。本發(fā)明還涉及ー種使用該磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的有機電致發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電薄膜是把光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能復(fù)合在一體的光電材料，由于其具有優(yōu)異的光電特性，成為近年來的研究熱點和前沿課題。柔性襯底透明導(dǎo)電膜的研究引起了世界各國的關(guān)注，因為柔性襯底透明導(dǎo)電膜應(yīng)用前景可觀，它不但具有玻璃襯底透明導(dǎo)電膜的特點，而且還有許多獨特的優(yōu)點，如可撓曲、重量輕、耐沖擊、易于大面積生產(chǎn)、便于運輸?shù)?。在柔性發(fā)光器件、塑料液晶顯示器和塑料襯底的太陽電池等中有廣泛的應(yīng)用前景。目前在應(yīng)用上絕大多數(shù)的透明導(dǎo)電薄膜材料都是使用摻錫氧化銦(Sn-doped In2O3，簡稱ITO薄膜)。ITO性能穩(wěn)定，制備エ藝簡單，生產(chǎn)的重復(fù)性好，一直是占領(lǐng)市場主導(dǎo)地位的材料。但是，雖然ITO薄膜是目前綜合光電性能優(yōu)異、應(yīng)用最為廣泛的ー種透明導(dǎo)電薄膜材料，但 是銦有毒，價格昂貴，穩(wěn)定性差，存在銦擴散導(dǎo)致器件性能衰減等問題，人們カ圖尋找ー種價格低廉且性能優(yōu)異的ITO替換材料。其中，摻雜氧化鋅體系是國內(nèi)外研究的熱點，氧化鋅廉價，無毒，經(jīng)鋁、鎵、銦、氟和硅等元素的摻雜后可以得到同ITO相比擬的電學(xué)和光學(xué)性能，已成為最具競爭力的透明導(dǎo)電薄膜材料。對于電致發(fā)光器件，電極的功函數(shù)影響兩極注入的電子與空穴的平衡。提高載流子的平衡是ー種有效優(yōu)化器件性能的手段。目前，很多研究都致カ于改善電極功函數(shù)來改善有機電致發(fā)光器件性能。有機電致發(fā)光器件中陽極盡量選用功函數(shù)高的材料，有利于空穴的注入，對提高器件性能有很大的幫助。相對于ITO的功函數(shù)4. 7eV，Zn2SnO4錫酸鋅(ZTO)具有更高的功函數(shù)(5. I 5. 4eV)，更有利于制作OLED等器件。但是，眾多文獻報道表明，ZTO的電阻率較高( 10_2Ω 左右)，離應(yīng)用的要求還有一定的距離(ΙΤ0的電阻率為 10 4 Ω · cm)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種高功函數(shù)、低電阻率的磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜；該磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比)Ρ205、0· 5 5%，Sb2O5'I 10%，余量為 ZnO 和 SnO2，且 ZnO 和 SnO2 質(zhì)量百分比為52 48 ;對于該化學(xué)組分，優(yōu)選Ρ205、2%，Sb205、8%，Ζη0、46· 8%，Sn02、43. 2%。上述磷銻共摻雜錫酸鋅(Sb P co-doped ZnSnO3, ΑΡΖΤ0)薄膜，其制備エ藝如下(I)陶瓷靶材的制備選用ZnO，SnO2, P2O5和Sb2O5粉體，經(jīng)過均勻混合后，在900 1300°C下燒結(jié)，優(yōu)選1200°C，制成Φ50Χ2πιπι的靶材;其中，P2O5占總量的O. 5 5%，Sb2O5占總量的I 10%，余量為ZnO和SnO2，且ZnO和SnO2質(zhì)量百分比為52 48 ;優(yōu)選化學(xué)組分比為P205,2%, Sb205、8%，Ζη0、46· 8%, SnO2,43. 2% ；(2)將步驟(I)中的靶材和襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至I. OX IO-3Pa I. OX 10_5Pa，優(yōu)選6. OX KT4Pa ；(3)調(diào)整磁控濺射鍍膜エ藝參數(shù)為基靶間距為50 90mm，優(yōu)選60mm，襯底溫度為100°C 700°C，優(yōu)選450°C ;通入純氬氣作工作氣體，氣體流量15 25sccm，優(yōu)選20sCCm，壓強O. 2 I. 5Pa，優(yōu)選I. OPa ;接著進行制膜，得到所述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜。本發(fā)明還提供ー種使用上述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的有機電致發(fā)光器件，該器件為復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)依次為襯底、磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜、發(fā)光層以及陰極層。上述襯底為聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)或聚醚砜(PES)中的任ー種。
本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，制備磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜(APZTO)，得到薄膜可見光平均透過率大于85%，最低電阻率為8.6 X 10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. 3eV。


圖I為本發(fā)明磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的制備エ藝流程圖；圖2是本發(fā)明有機電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實施例I得到磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜樣品的透射光譜，由紫外可見分光光度計測試得到；圖4是不同P2O5含量下磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的電阻率變化曲線；電阻率的測試是由四探針電阻測試儀，測出薄膜的方塊電阻，乘以薄膜的厚度得到的電阻率；圖5不同Sb2O5含量下薄膜的表面功函數(shù)變化曲線；由表面功函數(shù)儀測試所得。
具體實施例方式本發(fā)明于提供的一種磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜，該磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比)Ρ205、0· 5 5%，Sb2O5'I 10%，余量為 ZnO 和 SnO2，且 ZnO 和 SnO2 質(zhì)量百分比為52 48 ;對于該化學(xué)組分，優(yōu)選；Ρ205、2%，Sb205、8%，Ζη0、46· 8%，Sn02、43. 2%。上述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的制備，如圖I所示，包括如下步驟SI，陶瓷靶材的制備選用ZnO，SnO2,P2O5和Sb2O5粉體，經(jīng)過均勻混合后，在900 1300°C下燒結(jié)，優(yōu)選1200°C，制成Φ50X2mm的靶材;其中，P2O5占總量的O. 5 5%, Sb2O5占總量的I 10%，余量為ZnO和SnO2，且ZnO和SnO2質(zhì)量百分比為52 48 ;優(yōu)選化學(xué)組分比為P205,2%, Sb205、8%，Ζη0、46· 8%, SnO2,43. 2% ；S2，將步驟(I)中的靶材和襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至I. OX IO-3Pa I. OX 10_5Pa，優(yōu)選6. OX KT4Pa ；S3，調(diào)整磁控濺射鍍膜エ藝參數(shù)為基靶間距為50 90mm，優(yōu)選60mm，襯底溫度為100°C 700°C，優(yōu)選450°C ;通入純氬氣作工作氣體，氣體流量15 25sccm，優(yōu)選20sccm，壓強O. 2 I. 5Pa，優(yōu)選I. OPa ;接著進行制膜，得到所述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜。本發(fā)明還提供ー種使用上述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的有機電致發(fā)光器件，如圖2所示，該器件為復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)依次為襯底I、磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜2、發(fā)光層3 (如，八羥基喹啉鋁，簡稱AlQ)以及陰極層4 (Ag層)；
上述襯底為聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)或聚醚砜(PES)中的任ー種。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，制備磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜(APZTO)，得到薄膜可見光平均透過率大于85%，最低電阻率為8.6 X 10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. 3eV。
圖4是不同P2O5含量下磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的電阻率變化曲線；如圖所示，電阻率的測試是由四探針電阻測試儀，測出薄膜的方塊電阻，乘以薄膜的厚度得到的電阻率，當(dāng)P2O5含量為2%得到最低的電阻率8. 6Χ10_4Ω · cm。圖5不同Sb2O5含量下薄膜的表面功函數(shù)變化曲線；由表面功函數(shù)儀測試所得，當(dāng)Sb2O5含量為8%得到最高的表面功函數(shù)5. 3eV。下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實施例作進ー步詳細(xì)說明。實施例I選用純度為99. 99% 的 Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5 粉體(其中，Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5的質(zhì)量百分比分別為46. 8%、43. 2%、2%和8% );經(jīng)過均勻混合后，在900°C下燒結(jié)成O50X2mm的靶材，并將靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；然后，先后用無水こ醇和去離子水超聲清洗PET襯底，并用高純氮氣吹干，放入真空腔體；把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到I. OX 10_4Pa，襯底溫度升到100°C，氬氣工作氣體的氣流量為20SCCm，壓強調(diào)節(jié)為I. 5Pa。薄膜的電阻率為8· 6Χ10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. 3eV。圖3是實施例I得到磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜樣品的透射光譜，由紫外可見分光光度計測試得到，測試范圍280 800nm的波長；其中，取490 770nm可見光波長范圍的計算平均透過率為85%。實施例2選用純度為99. 99% 的 Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5 粉體(其中，Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5的質(zhì)量百分比分別為48. 9%、45. 1%、5%和1% );經(jīng)過均勻混合后，在1300°C下燒結(jié)成O50X2mm的靶材，并將靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；然后，先后用無水こ醇和去離子水超聲清洗PES襯底，并用高純氮氣吹干，放入真空腔體；把靶材和襯底的距離設(shè)定為50mm ;用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到I. OX 10_3Pa，襯底溫度升到350°C，氬氣工作氣體的氣流量為15sccm，壓強調(diào)節(jié)為O. 2Pa。薄膜的電阻率為19. 8Χ10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. 2eV。實施例3選用純度為99. 99% 的 Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5 粉體(其中，Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5的質(zhì)量百分比分別為46. 54%、42. 96%、0. 5%和10% );經(jīng)過均勻混合后，在1200°C下燒結(jié)成Φ50Χ2πιπι的靶材，并將靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；然后，先后用無水こ醇和去離子水超聲清洗PC襯底，并用高純氮氣吹干,放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm ;用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到I. OX 10_5Pa，襯底溫度升到500°C，氬氣工作氣體的氣流量為25SCCm，壓強調(diào)節(jié)為O. 7Pa。薄膜的電阻率為70X 10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. IeV0實施例4選用純度為99. 99% 的Zn0、Sn02、P205和 Sb2O5粉體(其中，ZnO、Sn02、P2O5和 Sb2O5 的質(zhì)量百分比分別為52%、48%、3%和7%);余量為ZnO和SnO2其二者之比固定為52 48經(jīng)過均勻混合后，在1000°C下燒結(jié)成Φ50X2mm的靶材，并將靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；然后，先后用無水こ醇和去離子水超聲清洗PET襯底，并用高純氮氣吹干，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為80mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到4. 0\10_4 &，襯底溫度升到700で，氬氣エ作氣體的氣流量為20%(^，壓強調(diào)節(jié)為I. OPa0薄膜的電阻率為22Χ10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. IeV0實施例5
選用純度為99. 99% 的 Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5 粉體(其中，Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5的質(zhì)量百分比分別為49. 4%、45. 6%、1%和4% );經(jīng)過均勻混合后，在1200°C下燒結(jié)成O50X2mm的靶材，并將靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；然后，先后用無水こ醇和去離子水超聲清洗PEN襯底，并用高純氮氣吹干，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為70mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到450°C，氬氣工作氣體的氣流量為20sccm，壓強調(diào)節(jié)為I. 3Pa。薄膜的電阻率為8· 6Χ10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. OeV0下述實施例6為磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜(APZTO)在有機電致光器件上的應(yīng)用。實施例6選用純度為99. 99% 的 Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5 粉體(其中，Zn0、Sn02、P205 和 Sb2O5的質(zhì)量百分比分別為46. 8%、43. 2%、2%和8% );經(jīng)過均勻混合后，在1200°C下燒結(jié)成O50X2mm的靶材，并將靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；然后，先后用無水こ醇和去離子水超聲清洗PET襯底，并用高純氮氣吹干，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到450°C，氬氣工作氣體的氣流量為20sccm，壓強調(diào)節(jié)為I. OPa0薄膜的電阻率為18. 6Χ10_4Ω · cm，表面功函數(shù)5. 3eV。得到的薄膜樣品，送入真空蒸鍍系統(tǒng)，蒸鍍ー層發(fā)光層，發(fā)光層采用常用的發(fā)光材料，如，八羥基喹啉鋁(AlQ)，再蒸鍍ー層Ag層作陰極，制備成簡單的有機電致光器件(OLED)器件。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜，其特征在于，該薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比)P2O5 O. 5 5% ; Sb2O5 I 10% ; 余量為ZnO和SnO2，且ZnO和SnO2質(zhì)量百分比為52 48。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜，其特征在于，該薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比)P2O5 2%;Sb2O5 8%;ZnO 46.8%;SnO2 43.2%。
3.—種磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟SI，將ZnO，SnO2, P2O5和Sb2O5粉體，經(jīng)過均勻混合后，在900 1300°C下燒結(jié)，制成靶材；其中，P2O5占總量的O. 5 5% (質(zhì)量百分比)，Sb2O5占總量的I 10% (質(zhì)量百分比)，余量為ZnO和SnO2，且ZnO和SnO2質(zhì)量百分比為52 48; 步驟S2，將步驟SI中得到的靶材以及襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，并將真空腔體的真空度設(shè)置在I. OX KT3Pa I. OX KT5Pa之間； 步驟S3，調(diào)整磁控濺射鍍膜エ藝參數(shù)為基靶間距為50 90mm，磁控濺射工作壓強O. 2 I. 5Pa，氬氣工作氣體的流量15 25sccm，襯底溫度為100°C 700°C ;接著進行制膜，得到所述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，ZnO的質(zhì)量百分比為46.8%, SnO2的質(zhì)量百分比為43. 2%，P2O5的質(zhì)量百分比為2%，Sb2O5的質(zhì)量百分比為8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述靶材制備的燒結(jié)溫度為1200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，真空腔體的真空度設(shè)置在 6.0X10_4Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述襯底為聚對苯ニ甲酸こニ醇酯、聚碳酸酷、聚萘ニ甲酸こニ醇酯或聚醚砜中的任ー種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述基靶間距為60mm ;所述磁控濺射工作壓強為I. OPa ;所述氬氣工作氣體的流量為20sCCm ;所述襯底溫度為 450 0C ο
9.一種有機電致發(fā)光器件，該器件為復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)依次為襯底、磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜、發(fā)光層以及陰極層，其特征在于，所述磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比)P2O5 O. 5 5% ;Sb2O5 I 10% ; 余量為ZnO和SnO2，且ZnO和SnO2質(zhì)量百分比為52 48。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有機電致發(fā)光器件，其特征在于，其特征在于，該薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比) P2O5 2%; Sb2O5 8% ; ZnO 46.8%; SnO2 43.2%。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)光材料領(lǐng)域，其公開了一種磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜及其制備方法、有機電致發(fā)光器件；該磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜包含如下化學(xué)組分(質(zhì)量百分比)P2O5、0.5～5％，Sb2O5、1～10％，余量為ZnO和SnO2，且ZnO和SnO2比為5248。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，制備磷銻共摻雜錫酸鋅薄膜(APZTO)，得到薄膜可見光平均透過率大于85％，最低電阻率為8.6×10-4Ω·cm，表面功函數(shù)5.3eV；氧化鋅和氧化錫的配比是固定的，組成錫酸鋅，然后磷和銻元素的量是可以變化的，改變薄膜性能。
文檔編號H01L51/52GK102719790SQ20111007707
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者周明杰, 王平, 陳吉星, 黃輝 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司