碳基薄膜场发射阴极的制备及其在OLED中的应用

摘要

有机发光器件（organiclightemittingdiode，OLED）也称有机电致发光二极管，被认为最具竞争力的下一代显示器。OLED器件具有厚度薄、重量轻、抗震性能好、视角广、响应速度快、低温特性好、可弯曲等优点。但发光效率低，稳定性差和寿命短三大问题仍制约着有机电致发光器件的实用化进程。制约OLED器件效率提高的主要原因是电子注入效率低，本文的主要工作是制备碳基薄膜场发射阴极，以期将其用于OLED器件，来提高电子的注入效率，进而提高OLED器件的发光效率。
　　 碳基薄膜材料本身的功函数很高，一般认为不宜作为OLED的阴极材料。但是当碳基薄膜表面具有特殊的结构时，表现出低的甚至是负的电子亲和势，是目前公认的性能优异的场发射冷阴极。我们将场发射阴极引入OLED器件结构中作为器件的阴极，利用碳基薄膜的内场发射进行电子的强制注入，不但保留了OLED器件原有的结构和技术上的特点，并为提高OLED器件的发光效率提供了一种新的途径。
　　 本文的主要工作有以下几点:采用微波等离子体增强化学气相沉积(MPCVD)技术制备了多种结构的碳基薄膜冷阴极，研究了衬底处理、沉积功率、沉积压强对碳基薄膜形貌、结构和性能的影响;制备了以碳基薄膜场发射冷阴极为阴极的OLED器件，测试了器件的电流密度-电压特性;将器件的电流密度-电压特性与场发射阴极的场发射特性进行了对比分析，发现场发射特性良好的碳薄膜，其内场发射性能反而不好。具体工作如下:
　　 1.衬底处理对薄膜生长的影响
　　 采用溅射Ti过渡层和机械研磨的方法对抛光单晶硅片进行预处理，并利用微波等离子体化学气相沉积方法在相同沉积条件下沉积碳基薄膜。结果表明，抛光硅衬底有利于非晶碳薄膜的生长，金刚砂研磨处理的衬底表面只有稀疏的碳团簇颗粒，金刚石膏研磨处理的衬底上则生长上了具有明显晶面的金刚石薄膜。
　　 2.沉积功率对纳米非晶碳薄膜形貌、性能的影响
　　 对抛光硅片按RCA清洗流程进行清洗并溅射Ti过渡层钛，在MPCVD中以同的沉积功率制备了表面平整的碳基薄膜，XRD和Raman结果显示该薄膜是非晶碳薄膜。沉积功率为800W时所制备的薄膜场发射性能最好，开启电场为:3.3V/μm，最大场发射电流密度为:160μA/cm2，薄膜的场发射特性随沉积功率的升高而变差。
　　 3.沉积功率和沉积压强对片状类金刚石薄膜形貌、性能的影响金刚砂和金刚石膏研磨后的衬底上在沉积功率为1800W和沉积压强为11KPa下，均制备出了致密均匀的片状类金刚石薄膜，但两种片状类金刚石薄膜的结构、形貌和场发射特性均有很大的差别。金刚砂研磨后的衬底上制备的片状类金刚石薄膜的场发射特性较好，其开启电场为2.98V/μm，最大电流密度为300mA/cm2，而金刚石膏研磨后的基底上制备的片状类金刚石薄膜的场发射特性较差，开启电场为3.3V/μm，最大电流密度仅为25mA/cm2。
　　 4.碳基薄膜为阴极的OLED器件的制备
　　 在前期工作的基础上，设计并制备了Si/C/Alq3/NPB/Al结构的OLED器件。OLED器件的电流密度-电压关系测试结果表明，金刚石膏研磨后制备的片状类金刚石薄膜最适合作OLED器件的阴极。当电压为3.5V时，该器件的电流密度已经达到了1500.9mA/cm2。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 有机电致发光器件简介

1．1．1 有机电致发光器件的发光理论

1．1．2 有机电致发光器件发展筒史及研究现状

1．2 场发射理论

1．2．1 外场致发射理论

1．2．2 内场致发射理论

1．3 碳基薄膜及其制备方法

1．3．1 碳基薄膜

1．3．2 碳基薄膜制备方法综述

1．4 本论文的主要工作

2 制备设备及表征方法

2．1 实验设备

2．2 碳基薄膜的表征方法

3 碳基薄膜的制备

3．1 衬底处理对碳基薄膜生长的影响

3．1．1 实验

3．1．2 结果及讨论

3．1．3 结论

3．2 沉积功率对纳米非晶碳薄膜形貌、性能的影响

3．2．1 实验

3．2．2 结果及讨论

3．2．3 结论

3．3 沉积功率对片状类金刚石形貌、性质的影响

3．3．1 沉积功率对金刚砂研磨后基片上片状类金刚石形貌、性质的影响

3．3．2 沉积功率对金刚石膏研磨后基片上片状类金刚石形貌、性质的影响

3．4 沉积压强对片状类金刚石形貌、性质的影响

3．4．1 沉积压强对金刚砂研磨后基片上片状类金刚石形貌、性质的影响

3．4．2 沉积压强对金刚石膏研磨后基片上片状类金刚石形貌、性质的影响

3．5 最优条件下两类片状类金刚石薄膜的场发射特性

3．5．1 实验

3．5．2 结果及讨论

3．5．3 结论

3．6 本章小结

4 碳基薄膜为阴极的OLED器件的制备

4．1 实验

4．2 结果及讨论

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 本论文主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢