采用氧等离子体处理对ITO薄膜进行表面改性,结果显示,氧等离子体处理后,ITO表面极性度增加,表面能增大,接触角减小,其表面湿润性得到了明显改善。

ITO作为一种重要的透明导电氧化物半导体材料,它不仅具有稳定的化学性质,而且具有优良的导电性能和光透射率,因此它被广泛应用于电致发光、液晶显示、激光器、传感器以及太阳能电池等光电子器件中。

氧等离子体处理对ITO表面亲水性的影响

亲水性是由液体分子之间的内聚力和液体与固体之间的分子相互作用产生的粘合力两者相决定的，接触角是衡量亲水性的重要参数。图1为氧等离子体处理前后亲水性状态。比较处理前后ITO薄膜静态H2O的亲水性状态，可以发现：当一滴固定大小的蒸馏水滴至未处理的ITO薄膜时几乎不发生铺展，且形成一个高突的液滴；处理5min后的ITO薄膜滴入相同大小体积的蒸馏水液滴后几乎完全铺展开，并形成液体薄膜。

图一 氧等离子体处理前后 ITO 薄膜亲水性状态

等离子体处理的ITO表面形貌

ITO表面的氧含量将直接影响ITO的功函数，氧含量增加将导致ITO费米能级的降低，功函数的升高．ITO经混合等离子体处理后，表面形貌会发生显著改变．图1所示的AFM图片，分别为没有进行处理的ITO表面形貌与经过70W混合等离子体处理15min后的ITO表面形貌．ITO表面的平均粗造度(Ｒa)和峰－谷距离(Ｒp－v)均有明显降低，其表面颗粒半径也降低不少．平均粗糙度和表面颗粒半径的减小使得ITO与有机层的接触面增大，有利于氧原子附着．未经混合等离子处理的ITO，其表面粗糙度为Ｒa=2．706nm，Ｒp－v=17．992．而经过混合等离子体处理后的ITO表面平滑许多，此时的表面粗糙度Ｒa=1．824nm，Ｒp－v=12．023．对比两组数据发现，混合等离子体处理能更好地改善ITO表面形貌，同时可以看到ITO表面氧空洞明显增多，表面富集了一层带负电的氧，形成界面偶极层，增加了ITO表面功函数，使得ITO的空穴注入能力大大增强。

氧等离子体处理前后 ITO表面形貌

ITO薄膜经过氧等离子体处理后,其接触角减小,表面能增加,极性度增大,其表面湿润性得到了显著改善。这主要归功于以下两个方面的原因:一方面,氧等离子体处理能够有效去除ITO表面所吸附的、表面能很小的有机污染物,从而提高了ITO的表面能和极性度;另一方面,对于氧等离子体处理的ITO表面,由于化学吸附而存在一分子水单层,增加了ITO表面的水浓度,从而增加了ITO表面的亲水性和极性度,改善了ITO表面的湿润性。