خواص الکتریکی ، نوری، و ساختاری غشاهای نازک اکسید قلع ایندیم در دستگاه های ساطع کننده نور آلی

متن اصلی به همراه ترجمه فارسی مقاله

Electrical, optical, and structural properties of indium–tin–oxide thin films

(for organic light-emitting devices)

ناشر:

موسسه فیزیک آمریکا American Institute of Physics  (aip)

خواص الکتریکی، نوری و ساختاری غشاهای نازک اکسید قلع ایندیوم (ITO) برای دستگاه‌های ساطع‌کننده نور آلی (OLED)

غشاهای نازک اکسید قلع ایندیوم (ITO) به دلیل ترکیب منحصربه‌فردی از شفافیت و رسانایی الکتریکی بالا، نقش کلیدی در صنعت الکترونیک نوری، به ویژه در دستگاه‌های ساطع‌کننده نور آلی (OLED)، ایفا می‌کنند. این مطالعه به بررسی عمیق خواص الکتریکی، نوری و ساختاری این غشاها می‌پردازد که با استفاده از روش رسوب لیزر پالسی (PLD) بر روی بسترهای شیشه‌ای و بدون نیاز به عملیات بازپخت پس از رسوب‌گذاری، تولید شده‌اند.

تولید ITO با کیفیت بالا از طریق PLD و بهینه‌سازی خواص

این تحقیق به بررسی دقیق چگونگی تأثیر پارامترهای مختلف رسوب‌گذاری مانند ترکیب هدف، دمای بستر، فشار گاز پس‌زمینه و ضخامت غشا بر کیفیت نهایی غشاهای ITO می‌پردازد. غشاهای مورد مطالعه از ترکیبات هدفی با محتوای قلع (SnO2) متفاوت، از ۰ تا ۱۰ درصد، رسوب‌گذاری شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که ترکیب هدف مطلوب برای دستیابی به رسانایی بالا، ITO با ۵ درصد محتوای SnO2 است.

غشاها در دماهای بستری از دمای اتاق تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و در فشارهای جزئی اکسیژن از ۱ تا ۳۰ میلی‌تور رسوب داده شده‌اند. استفاده از لیزر رادیواکتیو KrF با طول موج ۲۴۸ نانومتر و انرژی ۳۵۰ میلی‌ژول در هر پالس، امکان رشد لایه‌های ITO با ضخامت‌های مختلف را فراهم آورده است.

دستاوردهای کلیدی این مطالعه عبارتند از:

• رسانایی عالی: غشاهای ITO با ضخامت ۱۰۰ نانومتر، رسوب‌یافته در دمای اتاق و فشار اکسیژن ۱۰ میلی‌تور، دارای مقاومت ورقه‌ای ۵۵ Ω/sq و متوسط انتقال نور ۸۵% در محدوده مرئی هستند.
• عملکرد بالا در دمای بهینه: غشاهای رسوب‌یافته در ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار اکسیژن ۱۰ میلی‌تور، مقاومت ورقه‌ای ۲۵ Ω/sq و انتقال نوری ۸۸% را نشان می‌دهند.
• تحرک حفره و چگالی حامل بالا: در غشایی با ضخامت ۱۰۰ نانومتر که در ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد رسوب شده، تحرک حفره ۳۵ cm2/Vs و چگالی حامل بار ۷.۲ x 10^20 cm-3 به دست آمده است.
• کنترل ضریب شکست: کاهش ضریب شکست در غشاهای ITO با افزایش چگالی الکترونی (از طریق افزایش غلظت قلع در هدف یا دمای رسوب) قابل دستیابی است.
• سطح صاف: اندازه‌گیری‌های میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) نشان داد که میانگین ریشه مربع زبری سطح در غشاهای PLD-ITO برابر با ۰.۳ nm است، که بسیار صاف‌تر از غشاهای ITO تجاری (۵-۱۰ nm) است.

کاربرد در OLED: گامی به سوی نمایشگرهای پیشرفته

غشاهای ITO تولید شده با این روش، برای ساخت دیودهای ساطع‌کننده نور آلی (OLED) مورد استفاده قرار گرفتند. الکترولومینسانس از این ساختارها اندازه‌گیری شد و راندمان کوانتومی خارجی (EQE) دستگاه‌های ساخته شده به ۲% رسید. این نتایج نشان‌دهنده پتانسیل بالای غشاهای PLD-ITO به عنوان تماس‌های آندی کارآمد در OLED‌ها است، که مسیر را برای توسعه دستگاه‌های نمایشگر با کارایی بالاتر و کیفیت بهتر هموار می‌کند.

با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد شفافیت و رسانایی بالا، پایداری، و قابلیت رشد در دماهای پایین‌تر، غشاهای ITO تولید شده با PLD می‌توانند به طور گسترده در طیف وسیعی از کاربردها فراتر از OLED‌ها، از جمله در نمایشگرهای پنل مسطح، سلول‌های خورشیدی، پنجره‌های هوشمند، و گرم‌کننده‌های سطح، مورد استفاده قرار گیرند.

مطالعه بیشتر