有机电致发光器件材料的等离子体中性束修饰机理研究

In this work we apply low temperature plasma neutral beam technology on the material surface modifications for organic light emitting device fabrication. Neutral beam technique has the advantages of low surface plasma induced damage, neutral beam energy controllable and low processing temperature so it is expected that low damage and accuracy controlled surface modification can be processed. The neutral beam generator is based on a 2.45GHz microwave surface plasma source. Carbon aperture is employed as the part for neutralizing ions from plasma and the UV and electrons can be shielded. The neutral beam properties with different hardware structure, plasma parameters, bias on carbon aperture and gas flow rate will be studied to realize the accurate control of the neutral beam. The neutral beam surface modification processing will be studied theoretically and experimentally. Some film properties like material composition, surface roughness, hydrophilic/hydrophobic, work function will be investigated with plasma neutral beam surface modification. For different film properties requirements, suitable processing recipes will be summaries with previous results. At last the neutral beam surface modification will be applied on organic light emitting device fabrication. The processing conditions will be adjusted by different layer materials to improve the device photoelectric properties like operating voltage, working current, etc... Device working life is also expected extended via this technique.

本项目提出将低温等离子体中性束技术应用于有机电致发光器件（OLED）的材料表面修饰领域，利用其低损伤、中性粒子能量可控的特点，得到优于常规等离子体方法的结果。中性束源基于微波表面波等离子体设备改装，将研究不同硬件结构、操作参数、偏压设置等条件下的中性化效率及粒子能量，将之与等离子体参数关联并建立物理模型，研究中性束表面修饰过程中的微观机理。设计反应路线，对OLED材料进行等离子体中性束修饰，研究修饰过程中有效基团反应的选择性和效率，寻找适当的中性束氛围实现对材料表面功能化的控制，在避免等离子体损伤的前提下达到期望的修饰效果。针对修饰后的材料表面接枝成分、形貌粗糙度、亲水性、功函数等参数，与常规等离子体方法比较，验证中性束技术在该领域的科学性及优越性。将中性束方法应用在OLED器件制备的表面/界面处理步骤，研究其对器件光电性能、寿命等参数的影响，为OLED器件性能优化提供新思路、新技术。

微波表面波等离子体是一种优质的等离子体源，具有在低气压下产生高密度大面积均匀等离子体的特性，有广泛的应用价值。本项目使用表面波等离子体源，通过反应腔内的隔离碳栅板使离子中性化，并通过偏压控制中性束的能量，从而得到一种低损伤、性能可控的材料表面修饰方法。在研究中，使用HFSS电磁场仿真方法对表面波天线附近的谐振电场进行仿真，以优化狭缝天线设计，并通过等离子体诊断实验证实其能量耦合效率的提高。通过对不同放电气体的放电实验，研究了栅板单孔径尺寸、开孔面积、径深比等参数对离子中性化效率的影响，并研究了射频偏压对中性束粒子能量的影响。在此基础上，进行了一系列材料表面修饰的实验研究。材料种类不限于有机光电材料，包括g-C3N4、TiO2、CeO2、BN、有机环氧树脂等，根据其应用需求都得到了不同程度的性能优化，这说明等离子体/中性束表面修饰技术在材料领域具有极大的应用潜力。其中，我们使用基于NH3等离子体对g-C3N4进行的系列研究表明该方法从机制上可以提高材料的光催化活性和量子效率，这是一种简洁、高效的纳米材料表面处理技术，具有工业化应用前景。