【摘要】：原子層沉積(ALD)技術(shù)在光電器件中有廣泛的應(yīng)用,沉積的薄膜具有均勻性好,致密性高,臺(tái)階覆蓋優(yōu)異等特點(diǎn)。有機(jī)電致發(fā)光(OLED)是新型顯示和照明器件,向著更薄,柔性,大尺寸方向發(fā)展。由于OLED器件所用有機(jī)材料極易與水、氧發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致器件失效,所以對(duì)器件的封裝要求很高。OLED薄膜封裝成為目前研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一,在有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜水汽阻擋效果提升,器件壽命的提升方面還有很多問(wèn)題。本文在對(duì)薄膜封裝技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)開(kāi)展基于原子層沉積技術(shù)(ALD)的OLED薄膜封裝工藝研究,同時(shí),研究了ALD沉積薄膜在氧化物薄膜晶體管中的應(yīng)用,主要研究成果和創(chuàng)新如下:(一)系統(tǒng)進(jìn)行了ALD薄膜生長(zhǎng)工藝的優(yōu)化研究,獲得低溫Al2O3、Zr O2、Alucone多種單層薄膜ALD的最佳工藝條件。設(shè)計(jì)新型Zircone封裝薄膜材料并研究其工藝及性能。同時(shí),研究了基于鈣電學(xué)法的水汽透過(guò)率測(cè)試設(shè)備。分析了在85℃低溫下的生長(zhǎng)工藝條件對(duì)薄膜性能的影響,從前驅(qū)體脈沖時(shí)間,吹掃時(shí)間等工藝條件,對(duì)Al2O3,Zr O2、Alucone(有機(jī)鋁)、Zircone(有機(jī)鋯)薄膜的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。以三甲基鋁(TMA)和H2O為前驅(qū)體制備的Al2O3薄膜:沉積速率為1?/cycle,表面粗糙度為0.46 nm,對(duì)550 nm波長(zhǎng)光透過(guò)率為99.2%,薄膜厚度不均勻性為1.89%,200 nm的Al2O3薄膜的水汽透過(guò)率為1.55×10-4g/m2/day。利用四(二甲基氨)基鋯(TDMAZ)和H2O為前驅(qū)體制備了Zr O2薄膜:沉積速率為1.22?/cycle,薄膜的表面粗糙度為0.712 nm,對(duì)550 nm波長(zhǎng)光透過(guò)率為88%,薄膜厚度不均勻性為1.95%,200 nm的Zr O2薄膜的水汽透過(guò)率為4.85×10-4g/m2/day。采用TMA與乙二醇(EG)為前驅(qū)體制備了Alucone薄膜:積速率為1.33?/cycle,表面粗糙度為0.61 nm,水汽透過(guò)率1.15 g/m2/day。利用TDMAZ與EG反應(yīng),設(shè)計(jì)并制備了一種新的有機(jī)薄膜材料Zircone:傅里葉紅外光譜分析結(jié)果顯示材料中具有CH2,C-C,C-O,Zr-O幾種化學(xué)基團(tuán),薄膜的積速率為1.49?/cycle,水汽透過(guò)率1.19 g/m2/day,表面粗糙度為0.71 nm。(二)設(shè)計(jì)并研究了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜及其封裝性能,并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,獲得了低的水汽透過(guò)率,對(duì)OLED器件的封裝實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,該薄膜可大幅提高OLED器件壽命。在對(duì)單層薄膜性能研究結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)制備了基于Al2O3/Zr O2/Alucone材料體系的不同結(jié)構(gòu)的封裝薄膜。溫度25℃,相對(duì)濕度為65%條件下三疊層Al2O3/Zr O2/Alucone薄膜的水汽透過(guò)率達(dá)到了8.5×10-5g/m2/day,OLED半亮度壽命達(dá)到了3500小時(shí)(150 cd/m2條件),通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)性能的對(duì)比分析了有機(jī)材料在復(fù)合薄膜中的主要作用是增加了有效擴(kuò)散路徑,從而增加了水汽透過(guò)復(fù)合薄膜的時(shí)間。同時(shí),結(jié)合Al2O3與Zr O2界面形成的一種致密程度高的Zr Al x O y鋁酸鹽結(jié)構(gòu)優(yōu)化了器件結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的水汽透過(guò)率達(dá)到4.76×10-5g/m2/day,在OLED薄膜封裝上具有非常好的應(yīng)用前景。(三)設(shè)計(jì)并研究了Zr O2/Zircone分布式布拉格諧振腔(DBR)結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜,結(jié)果表明該薄膜在有效提高OLED器件光取出的同時(shí),兼具一定的水汽阻擋效果,在柔性基板上制備可實(shí)現(xiàn)提高光取出與水汽阻擋雙重效果的集成。利用Zr O2/Zircone薄膜的折射率差,設(shè)計(jì)并制備了DBR結(jié)構(gòu),基于這種DBR結(jié)構(gòu)制備了綠光OLED器件性,器件的半波寬從72 nm窄化到12 nm,提高了器件發(fā)光純度,具有2對(duì)DBR結(jié)構(gòu)的器件,電流效率和功率效率達(dá)到了59 cd/?和66.4 lm/W,比沒(méi)有DBR結(jié)構(gòu)的OLED器件分別提高40%和60%,具有4對(duì)Zr O2/Zircone結(jié)構(gòu)的器件雖然電流效率和功率效率不是最高,但是其外量子效率達(dá)到16.1%,與沒(méi)有DBR結(jié)構(gòu)的器件對(duì)比,外量子效率提高了51%。對(duì)DBR薄膜進(jìn)行了水汽透過(guò)率研究,在25℃相對(duì)濕度65%的條件下,Zr O2/Zircone薄膜的水汽透過(guò)率分別為1.7×10-3,6.1×10-4,4.5×10-4g/m2/day,說(shuō)明這種DBR薄膜具有一定的水汽阻擋效果,對(duì)于柔性基板制備,可以完成封裝與提高光取出的集成。(四)ALD技術(shù)制備了Zr O2-Al2O3復(fù)合納米層并應(yīng)用于TFT的絕緣層,研究發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合絕緣層可以結(jié)合各單層薄膜的優(yōu)點(diǎn),不但漏電屬性有了很大的提高,器件的性能也有了很大的提高,尤其表現(xiàn)在穩(wěn)定性上。采用Zr O2-Al2O3復(fù)合絕緣層不但有利于提高電容耦合能力,還有利于提高器件的穩(wěn)定性。同時(shí)也有利于抑制單一材料一旦產(chǎn)生缺陷就會(huì)沿該方向不斷生成的缺陷。器件的開(kāi)關(guān)比大于107,具有高的開(kāi)態(tài)電流,低的關(guān)態(tài)電流。閾值電壓僅為0.15 V,遷移率高達(dá)14.3 cm2/Vs,另外,采用temperature-stress方法來(lái)定量的表征器件有源層帶內(nèi)能態(tài)密度。揭示影響器件穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)理,較小的態(tài)密度使得器件更加穩(wěn)定。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2400581