专利名称：有机材料纳米团簇热蒸发制备方法
技术领域：
本发明提出一种制备热学和电学性能稳定的薄膜的方法，主要用于制备半导 体和有机等光学薄膜，特别涉及有机发光显示器件领域。
背景技术：
与有机小分子相比，聚合物具有良好的电热稳定性和机械加工性、成型加工 简便、易实现功能集成、易做成大面积多色平板显示器等独特优点但缺点是成膜 后载流子传输能力较差，器件效率不高。为了平衡载流子数目和提高发光效率， 人们采用复合有机功能层结构来获得优异的器件性能。
但是，有机发光要实现产业化，寿命问题是最主要障碍之一。有机发光器件 的寿命一方面决定于所选用的有机材料，另一方面还取决于器件的封装。如果器 件封装不好，有机材料就会与水蒸汽、氧气等气体发生反应，导致器件失效，降 低有机发光器件的寿命.现有的封装技术是用干燥剂加玻璃封装或者是用聚合物 薄膜封装，存在着真空度低，工艺复杂等缺点。
传统的有机发光器件核心部分右空穴传输层、发光层和电子传输层组成，一 般选用Alq3作为器件的发光层兼电子传输层。器件在电场驱动下，通过载流子注
入和复合导致发光的现象。其原理是用rro玻璃透明电极和金属电极分别作为器件 的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空 穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇形成激子使发光分子激发，后者经过辐射 后发出可见光。辐射光可从rro—侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。
发明内容
技术问题本发明的目的是提出一种有机材料纳米团簇热蒸发制备方法，本 方法制备具有结晶的有机薄膜，该薄膜具有高聚集密度，性能稳定，器件的寿命 长，有效的改进有机发光器件的寿命短、性能易退化的缺点。
技术方案本发明的有机材料纳米团簇热蒸发制备方法是这样实现的该方法采用在真空室内设置氮化硼柑埚为纳米团簇薄膜制备装置，氮化硼坩 埚外观为圆柱形，分为上面盖子和下面腔体两部分，上下两部分通过螺纹紧密联 结在一起，金属薄片位于盖子与下面腔体之间，使得整个坩埚具有良好的气密性， 蒸汽不能从缝隙中漏出，氮化硼坩埚顶端开一小孔，该小孔的上方正对真空室上 的基板；在有机材料纳米团簇薄膜制备过程中，首先薄膜制备装置将真空室气
压至5xl0一5pa的超高真空的状态下，将氮化硼坩埚上的电阻丝接通电流源，对
氮化硼坩埚加热；蒸镀过程中，电流源的电流为22-25安培；加热时坩埚内压强
逐渐增大，材料蒸汽在氮化硼坩埚内部不断积累，最后高温气态材料将通过小孔 快速喷发出来，吸附到基板，整个过程基板温度为室温。
有益效果本发明与现有的技术相比具有以下的优点-
1. 本发明制备的有机薄膜具有高聚集密度。通常的薄膜呈现柱状加空穴结 构，且层与层之间有明显的界限，是不完全连续的。由于薄膜呈现柱状加空穴结 构，导致了薄膜因吸附空气中的水分，折射率和光学厚度产生变化，从而引起光 谱特性的变化。器件发光过程中薄膜中的水分与Alq3发生分解反应,加速器件的 老化。普通热蒸发制备有机发光器件的聚集密度为0.75 0.8，团簇蒸发方法制 备有机发光器件的聚集密度为0.95，器件发光过程有效减少Alq3发生分解反应。
2. 本发明制备的有机发光器件具有稳定的电学性质。通常情况下普通热蒸 发制备的有机薄膜是无定形态，即使在基板加热情况下会有结晶态，但结晶情况 随温度变化会不同，器件在不同温度时光学性质会发生改变。本方法制备的有机 薄膜具有结晶状态，器件发光产生的热量，在温度不断升高的过程中结晶不会发
生改变，有利保持器件的发光性质。
图1是整个蒸镀装置结构示意图。 图2是氮化硼坩埚的结构图。
以上的图中有小孔l、基板2、坩埚3、电流源4、真空室5、螺纹6、盖 子7、金属薄片8。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明所提出的团簇蒸发方法制备有机发光器件的方法，采用在真空室5 内设置氮化硼坩埚3为纳米团簇薄膜制备装置，氮化硼坩埚3外观为圆柱形，分 为上面盖子7和下面腔体两部分，上下两部分通过螺纹6紧密联结在一起，金属 薄片8位于盖子7与下面腔体之间，使得整个坩埚具有良好的气密性，蒸汽不能 从缝隙中漏出，氮化硼坩埚3顶端开一小孔1，该小孔1的上方正对真空室5上 的基板2;利用IT0和A1作为电极，电场作用下电子和空穴复合发光，TPD作为 器件的空穴传输层、Alq3作为器件的发光层兼电子传输层。在有机材料纳米团簇
薄膜制备过程中，首先薄膜制备装置将真空室6气压至5 x 1G-5 Pa的超高真空的 状态下，然后通过电流源加电压；蒸镀过程中，所加的电流达到30安培。由于 金属薄片的作用，加热坩埚内压强逐渐增大，最后高温气态材料将通过小孔快速 喷发出来，吸附到基板，整个过程基板温度为室温。
本发明提出的团簇蒸发方法制备有机发光器件方法
团簇蒸发方法制备有机发光器件方法采用附图中带有小孔的薄膜制备装置， ITO导电薄膜是用电子束热蒸发，蒸发速率为0.05 nm/S， TPD和Al电极都是利 用热蒸发蒸镀，其蒸发速率分别为0.08 nm/S和0.2 nm/S， Alq3是用cluster-beam evaporation,其蒸发速率为0.5 nm/S。
本发明的有机材料纳米团簇热蒸发制备方法关键技术指标一一电流密度-电
压( /-K)、亮度、发光效率与电流、电压的关系
有机发光的/-r特性曲线可以用陷阱电荷限制电流来描述。当V〈Vtt"限
制添满时的电压)，曲线基本满足Joo"，可以用空间限制电流
J-l/i,^"/^来描述。其中/v是载流子的有效迁移率，s。是真空介电常
数，^是相对介电常数，J是有机层的厚度。当V〉Vt札吋，电流密度迅速增加，
其原因在与有机分子的LUMO轨道和HOMO轨道之间存在指数规律分布的缺陷 态。增加外加电压可以使注入的自由载流子密度增至这样的数值，以致准费米能 级移动到浅电子俘获能级的上方，于是，大多数陷阱被填充。 一个填充的陷阱意 味着它已经俘获一个电子，在全部陷阱被添满后，后来注入的载流子就可以自由 的在样品内运动，有效的电子迁移率大大提高。电流就从它的低的陷阱限制电流迅速跳到高的无陷阱的空间电荷限制电流值，电流/°0^"+1 (m=8)。相比与通常
的有机发光器件，团簇蒸发方法制备有机发光器件电流密度较小,这是由于团簇 蒸发方法制Alq3薄膜中水分少,因而载流子迁移率较小。
有机发光器件的亮度与电流密度是相关的，随着电流的增大，亮度迅速增加，
而发光效率是衡量器件好坏的重要标准,发光效率的计算方法为:^/&=6^,
为单位面积光子数，i^为有机发光发光的光通量)。在低场下，
发光效率随电压升高而增大，在高场下，发光效率随电压升高而减小。由于有机 发光是电子-空穴复合发光，电子与空穴的非平衡注入将导致有机发光器件效率 低下。研究证明，空穴注入Alq3形成Alq3+是导致有机发光器件效率下降的主要 原因。低场下，空穴在Alq3中的迁移率比电子要低得多，电场增强，空穴在Alq3 中的迁移率，这带来两个结果， 一是空穴在Alq3层中的穿透深度增加，未经复 合而直接到达阴极；另一是形成Alq3+，成为发光猝灭中心，两种方式都将导致 发光效率低下。
权利要求
1.一种有机材料纳米团簇热蒸发制备方法，其特征在于该方法采用在真空室(5)内设置氮化硼坩埚(3)为纳米团簇薄膜制备装置，氮化硼坩埚(3)外观为圆柱形，分为上面盖子(7)和下面腔体两部分，上下两部分通过螺纹(6)紧密联结在一起，金属薄片(8)位于盖子(7)与下面腔体之间，使得整个坩埚具有良好的气密性，蒸汽不能从缝隙中漏出，氮化硼坩埚(3)顶端开一小孔(1)，该小孔(1)的上方正对真空室(5)上的基板(2)；在有机材料纳米团簇薄膜制备过程中，首先薄膜制备装置将真空室(5)气压至5×10-5Pa的超高真空的状态下，将氮化硼坩埚(3)上的电阻丝接通电流源(4)，对氮化硼坩埚(3)加热；蒸镀过程中，电流源(4)的电流为22-25安培；加热时坩埚内压强逐渐增大，材料蒸汽在氮化硼坩埚(3)内部不断积累，最后高温气态材料将通过小孔(1)快速喷发出来，吸附到基板(2)，整个过程基板(2)温度为室温。
全文摘要
一种利用团簇蒸发制备有机发光器件的方法，该方法采用在真空室(5)内设置氮化硼坩埚(3)为纳米团簇薄膜制备装置，在有机材料纳米团簇薄膜制备过程中，首先薄膜制备装置将真空室气压至5×10<sup>-5</sup>Pa的超高真空的状态下，将氮化硼坩埚上的电阻丝接通电流源(4)，对氮化硼坩埚加热；蒸镀过程中，电流源的电流为22-25安培；加热时坩埚内压强逐渐增大，材料蒸汽在氮化硼坩埚内部不断积累，最后高温气态材料将通过小孔(1)快速喷发出来，吸附到基板(2)，整个过程基板温度为室温。薄膜附着力强、性能稳定、聚集密度高.这种方法制备的器件使用寿命长，使器件的光电性能得到了明显提高，而且器件的发光效率和亮度也得到提高。
文档编号C23C14/26GK101619439SQ200910183238
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者张家雨, 王志兵, 尧 郭 申请人:东南大学