采用氧等離子體處理對ITO薄膜進行表面改性,結果顯示,氧等離子體處理后,ITO表面極性度增加,表面能增大,接觸角減小,其表面濕潤性得到了明顯改善。

ITO作為一種重要的透明導電氧化物半導體材料,它不僅具有穩定的化學性質,而且具有優良的導電性能和光透射率,因此它被廣泛應用于電致發光、液晶顯示、激光器、傳感器以及太陽能電池等光電子器件中。

氧等離子體處理對ITO表面親水性的影響

親水性是由液體分子之間的內聚力和液體與固體之間的分子相互作用產生的粘合力兩者相決定的，接觸角是衡量親水性的重要參數。圖1為氧等離子體處理前后親水性狀態。比較處理前后ITO薄膜靜態H2O的親水性狀態，可以發現：當一滴固定大小的蒸餾水滴至未處理的ITO薄膜時幾乎不發生鋪展，且形成一個高突的液滴；處理5min后的ITO薄膜滴入相同大小體積的蒸餾水液滴后幾乎完全鋪展開，并形成液體薄膜。

圖一 氧等離子體處理前后 ITO 薄膜親水性狀態

等離子體處理的ITO表面形貌

ITO表面的氧含量將直接影響ITO的功函數，氧含量增加將導致ITO費米能級的降低，功函數的升高．ITO經混合等離子體處理后，表面形貌會發生顯著改變．圖1所示的AFM圖片，分別為沒有進行處理的ITO表面形貌與經過70W混合等離子體處理15min后的ITO表面形貌．ITO表面的平均粗造度(Ｒa)和峰－谷距離(Ｒp－v)均有明顯降低，其表面顆粒半徑也降低不少．平均粗糙度和表面顆粒半徑的減小使得ITO與有機層的接觸面增大，有利于氧原子附著．未經混合等離子處理的ITO，其表面粗糙度為Ｒa=2．706nm，Ｒp－v=17．992．而經過混合等離子體處理后的ITO表面平滑許多，此時的表面粗糙度Ｒa=1．824nm，Ｒp－v=12．023．對比兩組數據發現，混合等離子體處理能更好地改善ITO表面形貌，同時可以看到ITO表面氧空洞明顯增多，表面富集了一層帶負電的氧，形成界面偶極層，增加了ITO表面功函數，使得ITO的空穴注入能力大大增強。

氧等離子體處理前后 ITO表面形貌

ITO薄膜經過氧等離子體處理后,其接觸角減小,表面能增加,極性度增大,其表面濕潤性得到了顯著改善。這主要歸功于以下兩個方面的原因:一方面,氧等離子體處理能夠有效去除ITO表面所吸附的、表面能很小的有機污染物,從而提高了ITO的表面能和極性度;另一方面,對于氧等離子體處理的ITO表面,由于化學吸附而存在一分子水單層,增加了ITO表面的水濃度,從而增加了ITO表面的親水性和極性度,改善了ITO表面的濕潤性。