用作OLED场发射阴极的金刚石薄膜的制备

摘要

有机电致发光器件因其诸多优点，成为近几年研究的热点，并有望成为下一代显示器的主角。但其在实际应用中还是存在一些问题，如效率问题、稳定问题和寿命问题，这三大问题强烈制约着有机电致发光器件的实用化进程。本课题主要是针对电子注入效率低引起的载流子复合不平衡，最终影响器件的发光效率这一问题，而进行的研究工作，主要目的就是提高器件的电子注入效率。传统的阴极修饰法是侧重降低电极和有机层之间的势垒来提高电子的注入效率，是一种被动措施。本课题创新之处在于以场发射和有机电致发光理论为指导，采用新的阴极材料一场发射薄膜，作为有机电致发光器件的阴极，使场致发射出来的电子以一种强制的方式注入到有机层。与已报道的场发射-有机电致发光器件结构不同，我们所做器件的创新之处在于：直接在场发射阴极上制备有机电致发光器件，避免了使用真空结构。金刚石薄膜是宽带隙半导体，且具有负的电子亲和势，有利于电子的场发射，并能用CVD法获得大面积沉积，所以我们选用金刚石薄膜作为场发射阴极。因为要在金刚石薄膜上直接蒸镀有机层，所以金刚石薄膜要具有很好的平整度。
　　 本文利用微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石薄膜，通过改变沉积参数制备出具有不同形貌的金刚石膜，通过对其表面平整度和场发射性能进行评价，找出适合用作场发射阴极的金刚石膜。具体工作主要包括：⑴衬底预处理对金刚石薄膜生长情况的影响：采用表面缺陷法来提高金刚石的形核率，采用不同粒度的金刚石研磨膏机械研磨衬底，对比不同衬底上金刚石膜生长情况，发现用W5金刚石研磨膏预处理后的衬底生长的金刚石膜形核密度较高，能连续成膜。⑵不同形貌金刚石薄膜的制备：改变沉积参数，制备出具有立方体、正四面形、球形和三角锥形形结构的金刚石膜。分析了各种晶形的形成机理，并对其中薄膜质量较好的样品进行了场发射测试，其中具有三角锥形结构的金刚石薄膜的场发射性能最好。⑶纳米金刚石薄膜的制备：制备出表面平整的纳米金刚石膜，对其进行场发射测试，此薄膜的开启电场为1.6V/μm，在4.2 V/μm时电流密度达到900μA/cm2。⑷新型片状纳米金刚石薄膜的制备：在高甲烷浓度下制备出片状纳米金刚石膜，这种结构的金刚石膜因其独特的表面形貌而具有很高的场增强因子，使这种纳米金刚石膜在6.4 V/um的电场下的电流密度达到了14.3mA/cm2。低甲烷浓度下，较高的等离子体密度也可以促使片状纳米金刚石的生成，并能使片状纳米金刚石产生分型。⑸有机电致发光器件的制备：对比各种金刚石膜的特性，选择用具有三角锥结构的金刚石膜和纳米金刚石薄膜作为有机电致发光器件的阴极，制备了结构为Diamond film/AlQ3/TPD/Ag的器件，测试了器件的I-V特性，其中用纳米金刚石薄膜作为阴极的器件的最高电流密度可达360 mA/cm2，与不加修饰的传统玻璃衬底的金属阴极器件的125 mA/cm2相比有显著提高。