CN104584139A - 透明导电膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透明导电膜和制备该透明导电膜的方法。根据本发明，所述透明导电膜包含具有晶体结构并由化学式1表示的化合物，从而可以替代常规ITO导电膜。

Description

透明导电膜及其制备方法
技术领域
本申请要求于2012年9月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2012-0103498的优先权和权益，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及一种透明导电膜及其制备方法。
背景技术
透明导电膜是指一种具有高透光率和导电性的薄膜，已经广泛用作液晶显示器、电致变色显示器(ECD)、有机电致发光装置、太阳能电池、等离子显示板、柔性显示器、电子纸和触摸面板等的外加电压型普通电极或像素电极。
关于透明导电氧化物(TCO)，重要的是设计一种透过可见光区段的光并具有高导电性的材料。为了在可见光区段(400至700nm波长)是透明的，电子能带带隙需要为3.1eV以上，相当于波长400nm的电磁波能量。
作为代表性的满足此性质的氧化物半导体，有ZnO(3.3eV)、In2O3(3.7eV)和SnO2(3.6eV)。通常，TCO在可见光区段具有80％以上的透光率，电性质方面的比电阻为约10-4Ωcm以下。
为了找到用于此TCO的材料，主要在将各种材料进行掺杂或形成合金方面进行了研究。尤其，In2O3具有比SnO2或ZnO低的比电阻，因此，其是首先被商业化的。到现在为止ITO(Sn掺杂In2O3)已经被使用了。
ITO是已经用于LED、LCD、PDP等的显示器和太阳能电池等的电极的材料，通常具有10-4Ωcm或接近于金属的比电阻的实验室级10-5Ωcm的低比电阻。
然而，由于In是一种稀土元素，ITO具有价格高的劣势，如果暴露于经常用于平板显示器制造工艺的氢等离子体中，In或Sn被还原，而且电性质和光性质可能被劣化。另外，已知ITO是一种n-型半导体，而且不能转化为p-型半导体。为此，仅用ITO不能构成同质结电路元件。
发明内容
技术问题
在相关技术领域中，需要研究具有优异性质且易于制备的透明导电膜及其制备方法。
技术方案
根据本申请的一个方面，提供一种透明导电膜，其包含具有晶体结构并由下面化学式1表示的化合物。
[化学式1]
[(RpXq)O3]m(AO)n
在化学式1中，R为Sc、Fe、Cu、Ga、Y、In、Er、Tm、Yb或Lu，X为In、Ga、Al或Fe，A为Mg、Mn、Co或Zn，m为1至4，n为1至7，p和q各自独立地表示大于0且为1以下的原子含量比。
另外，根据本申请的另一方面，提供一种制备透明导电膜的方法，包括在衬底上形成具有晶体结构且由化学式1表示的化合物。
而且，根据本申请的又一方面，提供一种包含所述透明导电膜的电子元件。
另外，根据本申请的又一方面，提供一种包含所述透明导电膜的薄膜晶体管。
有益效果
根据本申请的示例性实施方案的透明导电膜包含具有晶体结构且由化学式1表示的化合物，从而具有优异的导电性和透光率。另外，根据本申请的示例性实施方案的透明导电膜具有优异的弹性和粘合强度。另外，根据本申请的示例性实施方案的透明导电膜具有低的雾度值。因此，根据本申请的透明导电膜可以用作替代常规ITO导电膜的技术。
附图说明
图1示出了根据本申请的示例性实施方案的InAlO3(ZnO)4的结构。
图2示出了根据本申请的示例性实施方案的InGaO3(ZnO)4的结构。
图3示出了根据本申请的示例性实施方案的InAlO3(ZnO)4的DOS(态密度)。
图4示出了根据本申请的示例性实施方案的InAlO3(ZnO)4的能带结构。
图5示出了根据本申请的示例性实施方案的InGaO3(ZnO)4的DOS(态密度)。
图6示出了根据本申请的示例性实施方案的InGaO3(ZnO)4的能带结构。
图7示出了根据本申请的示例性实施方案的导电膜的透光率。
图8示出了根据本申请的示例性实施方案的导电膜的电透过率(electricaltransmittance)。
图9示出了根据本申请的示例性实施方案的LuFeO3(ZnO)n(n:1、4、5或6)的结构。
图10示出了根据本申请的示例性实施方案的N-掺杂的InAlO3(ZnO)4的态密度。
图11示出了根据本申请的示例性实施方案的N-掺杂的InAlO3(ZnO)4的结构。
图12示出了根据本申请的示例性实施方案的薄膜晶体管的结构。
具体实施方式
下面，将详细描述本申请。
本申请可以应用于下一代柔性器件、透明AMOLED、OLED照明设备和太阳能电池以及平板显示器件例如LCD和PDP等工业。
因为作为常规光电器件的透明电极使用诸如ITO(Sn掺杂In2O3)和ZnO的材料是非常重要的，所以作为透明电子技术的关键技术透明氧化物半导体是非常重要的。ITO作为n-型透明电极的情况，到2016年，其市场有望增长到69亿美金(约8.4万亿韩元)。
总所周知，ITO或AZO(Al-掺杂ZnO)作为常规n-型TCO的原型，已经在实验和理论上被深入研究和开发。这是因为这种材料具有高的导电性和高的光子透过率，而且具有表现出导带的空间离域作用的金属s-轨道，以及低能，低有效质量，作为与n-型TCO材料共有的电子结构性质。例如，为闭合壳层ns0态的阳离子诸如Zn(II)、Ga(III)和In(III)结合到氧化物。
另外，Ga-掺杂ZnO或F-掺杂SnO2被认为是TCO材料。已知这些材料具有1016至1021的载流子浓度(N(cm-3))，和约10至约1,000的电子迁移率(μ(cm2V-1s-1))。
对比离域导带，价带态表现出定域的O 2p态。如此低的定域态涉及定域晶格扭曲，导致小的极化子(来自电荷或电场的准粒子)的形成。
另外，由于诸如Cu(I)的金属在价带最大值(VBM)具有低的键能，因此空穴传导p-型TCO材料具有可以传输空穴的结构。然而，由于定域金属例如Cu的d带的作用和间接带隙的存在，空穴迁移率低至小于10cm2V-1s-1。
为了制备符合各种光电应用和与常规TCO相比需要便宜的原料成本的新材料，对具有不同结构的TCO进行了研究。作为新的TCO材料的替代物，研究了诸如ZnO-In2O3-SnO2体系和ZnO-In2O3(IZO)等的三元化合物和二元化合物。然而，我们需要注意到TCO材料具有物理化学上更稳定和电子和光学上更优异的性质。例如，可能具有同系化合物，其电子结构可以通过密度泛函理论(DFT)计算，可以展示电磁应用的超晶格，以及具有最低界面张力和符合八隅体规则的材料。
一点也不过分地说，这种材料用于透明电子学的最终技术目的是如何制造透明同质结。由于所有的常规透明电极或装置使用异质结，电整流电压较低，而且异质结的电子迁移率低于同质结的电子迁移率。因此，解决此问题的最终方法是找到一种可以双极掺杂的半导体材料。
因此，根据本申请的示例性实施方案的透明导电膜包含具有晶体结构并由下面化学式1表示的化合物。
[化学式1]
[(RpXq)O3]m(AO)n
在化学式1中，R为Sc、Fe、Cu、Ga、Y、In、Er、Tm、Yb或Lu，X为In、Ga、Al或Fe，A为Mg、Mn、Co或Zn，m为1至4，n为1至7，p和q各自独立地表示大于0且为1以下的原子含量比。
在化学式1中，合意的是，R和X可以包含彼此不同的物质。
在本申请中，化学式1表示的化合物可以具有多型结构。
在本申请中，合意的是，化学式1的R可以为In或Lu，但不限于此。
在本申请中，合意的是，化学式1的X可以为Al、Ga或Fe，但不限于此。
在本申请中，合意的是，化学式1的A可以为Zn，但不限于此。
在本申请中，合意的是，化学式1表示的化合物可以为InAlO3(ZnO)n、InGaO3(ZnO)n或LuFeO3(ZnO)n，n可以为1至7，但不限于此。
在化学式1中，如果n为奇数，所述化合物可以具有斜方六面体(R3m)结构，如果n为偶数，所述化合物可以具有六方多晶型(hexagonalpolymorph)(P63/mmc)结构。
尤其，由化学式1表示的化合物具有晶体结构。如上所述，由于由化学式1表示的化合物具有晶体结构，因此其可以满足本领域所要求的透明性、导电性等。另外，必要时，通过额外地用n-型掺杂剂、p-型掺杂剂等掺杂化学式1表示的化合物，可以调节化学式1表示的化合物的透明性和电性质。
更具体而言，作为本申请的示例性实施方案，InAlO3(ZnO)4的结构在图1中示出，InGaO3(ZnO)4的结构在图2中示出。
作为本申请的示例性实施方案，InGaO3(ZnO)4和InAlO3(ZnO)4的优化的晶格常数示于下表1中。
[表1]
另外，作为本申请的示例性实施方案，InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4的DOS(态密度)分别示于图3和5中，InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4的能带结构分别示于图4和6中。
在图3和5中，DOS曲线图的横轴上的“0”表示各材料的费米能级，并且价带指的是比费米能级低的能带，导带指的是比费米能级高的能带。价带最大值(VBM)是各个材料中氧的p轨道形成的，导带最小值(CBM)是由铝和镓的各s-轨道形成。
在图4和6中，带结构展示了在倒易空间在晶格点的电子的能级，在纵轴上的“0”是指费米能级。价带是指低于费米能级的能带，导带是指高于费米能级的能带。由于相对具有能带横轴的倒易空间的二次导数的倒数指的是电子的有效质量，因此本申请的示例材料具有相对G点(γ点)高的导带曲率。因此，可见如果自由电子通过n-型掺杂产生，由于电子低的有效质量，自由电子的迁移率较高。
另外，作为本申请的示例性实施方案，LuFeO3(ZnO)n(n:1、4、5或6)的结构示于图9中。
在图9中，(a)表示n为1的情况，(b)表示n为4的情况，(c)表示n为5的情况，(d)表示n为6的情况，(e)示出了ZnO的结构。
在图9的结构中，存在于八面体空腔中的镥(Lu)原子和存在于四面体空腔中的铁(Fe)原子和锌(Zn)原子与氧(O)原子紧密堆积。在20世纪80年代，N.Kimizuka等尝试合成了LuFeO3-ZnO体系。为了制造晶体结构，他们尝试使用固态反应法生长Lu2O3、Fe2O3和ZnO粉末。然而，没有记录显示得到了精确化学计量的晶体材料。
LuFeO3(ZnO)晶系的主要因子如下：
晶系：三方晶系R3m
晶格常数：
LuFeO3(ZnO)4晶系的主要因子如下：
晶系：六方晶系P63/mmc
晶格常数：
LuFeO3(ZnO)5晶系的主要因子如下：
晶系：三方晶系R3m
晶格常数：
LuFeO3(ZnO)6晶系的主要因子如下：
晶系：六方晶系P63/mmc
晶格常数：
另外，在本申请的透明导电膜中，化学式1的化合物可以用其他元素掺杂。
更具体而言，化学式1表示的化合物可以额外地用n-型掺杂剂掺杂。所述n-型掺杂剂可以包含选自Sn、Ge和Mo中的至少一种，但不限于此。
例如，InAlO3(ZnO)4本身可以被用作n-型半导体(带隙能Eg＝2.93eV)。在用Sn额外地掺杂InAlO3(ZnO)4来得到InAlO3(ZnO)4的情况下，与InAlO3(ZnO)4相比(～10cm2/Vsec)，迁移率被提高。
另外，化学式1表示的化合物可以额外地用p-型掺杂剂掺杂。p-型掺杂剂可以是氮原子，但不限于此。
例如，作为通过额外地用p-型掺杂剂掺杂式1表示的化合物所得到的化合物，有N-掺杂InAlO3(ZnO)4。在本说明书中，N-掺杂InAlO3(ZnO)4可以表示为InAlO3(ZnO)4:N。N-掺杂InAlO3(ZnO)4的晶格常数为和 与InAlO3(ZnO)4相比，在a-轴上下降1.4％，在c-轴上下降0.7％，因此，N-掺杂InAlO3(ZnO)4在由掺杂导致的结构中具有小的应变。
N-掺杂InAlO3(ZnO)4的态密度示于图10中，N-掺杂InAlO3(ZnO)4的结构示于图11中。
参照图10，可见N掺杂O-位点的p-轨道组分表现出VBM右上方显示的p-型特性。
在本申请的透明导电膜中，化学式1的化合物中的元素的含量范围、额外的掺杂元素的含量范围等，可以用适合于该目的的各种方式进行调节。
另外，根据本申请的另一方面，提供一种包含该透明导电膜的电子元件。
本申请的透明导电膜可以用作液晶显示器、电致变色显示器(ECD)、有机电致发光装置、太阳能电池、等离子显示板、柔性显示器、电子纸和触摸面板等的通用电极或像素电极。
另外，根据本申请的又一方面，提供一种包含所述透明导电膜的薄膜晶体管。
另外，根据本申请的透明导电膜可以用作薄膜晶体管的源电极、漏电极和栅电极，而且也可以用作活性层和栅极绝缘层。也就是说，薄膜晶体管的任何一个组分可以由本申请的透明导电膜形成，或者说薄膜晶体管的所有组分都可以由本申请的透明导电膜形成。因此，可以形成智能窗的回路。
本申请的薄膜晶体管的结构示于图12中。
图12图示性地示出了采用InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4作为化学式1表示的化合物的薄膜晶体管。
更具体而言，薄膜晶体管在衬底上可以包括栅电极、栅极绝缘层、活性层、源电极和漏电极。所述栅电极、栅极绝缘层、活性层、源电极和漏电极可以包含化学式1表示的化合物，或者通过额外地用n-型掺杂剂或p-型掺杂剂掺杂化学式1表示的化合物所得到的化合物。
所述栅电极可以包含InAlSnO3(ZnO)4，所述栅极绝缘层可以包含InGaO3(ZnO)4。另外，所述活性层可以包含第一活性层和第二活性层，所述第一活性层可以包含InGaO3(ZnO)4:N，所述第二活性层可以包含InAlO3(ZnO)4:N。另外，所述源电极和漏电极可以包含InAlSnO3(ZnO)4。
即，锡(Sn)用作n-型掺杂剂，氮(N)用作p-型掺杂剂。这样一种npn-型晶体管可以具有小于约1.3％的晶格失配值。栅极绝缘层的厚度可以为150nm以下，各个活性层的厚度可以为10至50nm。
作为物理性质，薄膜晶体管可以具有～1.3V的阈值电压，大于105的开关比，～10cm2/Vsec的场效应迁移率。
本申请的化学式1表示的化合物被应用于使用例如分子束外延法的晶体生长法来制备薄膜，因此，其化学、电学和光学性质稳定，并优于使用无定形材料的常规已知元件。
另外，制备本申请的透明导电膜的方法包括在衬底上形成具有晶体结构且由化学式1表示的化合物。
更具体而言，本申请的透明导电膜可以通过使用DC/RF磁控溅射法或分子束外延法来制备。
可以在装备有In2O3、Al2O3、ZnO、Ga2O3溅射靶材或以定性比具有InAlO3(ZnO)4或InGaO3(ZnO)4的化学组成式的靶材的腔室(通常维持在10-3至10-8托)中通过向该腔室引入10-2至10-3托的工艺气体(O2、N2等)使用DC/RF磁控溅射法。尤其，磁控溅射法可以应用于卷对卷工艺。在这种情况下，透明导电膜的厚度可以调节至10nm至10μm。
在使用分子束外延法的情况下，使用高纯度(99.999％以上)的诸如In、Al和Ga的金属颗粒，通过使用金属喷射枪在高温被电离的金属原子可以在10-5至10-6托下与氧等离子体束一起在腔室(通常维持在10-8托以下)中在衬底上外延生长。作为结果，可以得到单晶水平的薄膜(厚度为0.2to 2,000nm)。
在本申请中，可以使用本领域已知的衬底而没有限制。更具体而言，衬底可以为玻璃衬底、塑料衬底等，但不限于此。
在具有(RXO3)m(AO)n结构的化合物作为新型TCO材料时，其特性可以开始于调节(RXO3)m和(AO)n之间的比例。即，作为一个具体实例，可以确认，InAlO3(ZnO)4或InGaO3(ZnO)4以1:4的比例被调节。通常，当(RXO3)m的m固定为1且(AO)n的n变化时，可以获得最稳定的DOS(态密度)。由于(RXO3)m和(AO)n互相结合，可以同时获得透明导电性和光电适用性。
合意地，(RXO3)m(AO)n中X(Al或Ga等)的含量可以为R(In等)的含量的50％以下。这是因为，InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4中的In具有维持InO2的八面体层的性质，而Al或Ga作为具有高反应性的材料具有破坏八面体结构的性质。然而，这种不稳定性可以通过调节ZnO层来补足，这是所述化合物的一个大优点。当N为1、3、5或7以及n为2、4或6时，可以良好地维持斜方六面体晶格结构和六方晶格结构。
具有(RXO3)m(AO)n(包括InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4的具体实例)结构的材料可以通过使用掺杂剂诸如Sn、Ge、Mo、F、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、W、Te、B、Y、Sc、V、Si等转化为n-型TCO。这些掺杂剂可以代替(RXO3)m(AO)n化合物中的X。通过调节掺杂剂和m:n的比例，电子带隙和光学带隙可以分别地从至少2.9eV调节至3.4eV(在晶态)和从至少2.6eV调节至3.4eV(无定形态)。
尤其，InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4的具体实例的材料可以用于电路元件的栅极绝缘层(厚度～150nm)，作为AMOLED、平板显示器和各种光电工程的关键组分，以及可以通过n-型掺杂用于活性层(厚度10至50nm)。
下面，提供合适的实施例以助于本申请的理解。然而，提供以下实施例仅出于说明本申请的目的，而不限制本申请的范围。
<实施例>
<实施例1>
将含有InAlO3(ZnO)4或InGaO3(ZnO)4的导电膜制成50nm的厚度。使用DC/RF磁控溅射蒸发器应用卷对卷工艺。腔室系统的真空水平通常维持在10-5托。In2O3、Al2O3、ZnO、Ga2O3溅射靶材(1,600×125mm2，施加～3.5KW功率)被安装在蒸发器中，并距塑料衬底(例如，宽度为1050mm的PET、PC)隔开70至75mm。通过额外地引入氧气，供入不足于进行气相沉积的氧原子。结果，得到含有定性比的InAlO3(ZnO)4和InGaO3(ZnO)4的透明导电膜。
通过混合法(hybrid method)(HSE06法)得到导电膜的透光率，其结果示于图7中。导电率示于图8中。
如以上结果所证实的，可见光的透过率高达87至91％。另外，在室温下(300K)，含有InAlO3(ZnO)4的导电膜的导电率为约10-3S/cm，含有InGaO3(ZnO)4的导电膜的导电率为约10-4S/cm。

Claims (20)

1.一种透明导电膜，其包含具有晶体结构并由化学式1表示的化合物：
[化学式1]
[(RpXq)O3]m(AO)n
其中，R为Sc、Fe、Cu、Ga、Y、In、Er、Tm、Yb或Lu，
X为In、Ga、Al或Fe，
A为Mg、Mn、Co或Zn，
m为1至4，
n为1至7，以及
p和q各自独立地表示大于0且为1以下的原子含量比。
2.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中，所述化学式1的X为Al、Ga或Fe。
3.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中，所述化学式1的R为In或Lu。
4.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中，所述化学式1表示的化合物为InAlO3(ZnO)n、InGaO3(ZnO)n或LuFeO3(ZnO)n，n为1至7。
5.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中，所述化学式1表示的化合物额外地用n-型掺杂剂掺杂。
6.根据权利要求5所述的透明导电膜，其中，所述n-型掺杂剂包括选自Sn、Ge和Mo中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中，所述化学式1表示的化合物额外地用p-型掺杂剂掺杂。
8.根据权利要求7所述的透明导电膜，其中，所述p-型掺杂剂为氮原子。
9.一种制备透明导电膜的方法，包括在衬底上形成具有晶体结构并由化学式1表示的化合物：
[化学式1]
[(RpXq)O3]m(AO)n
其中，R为Sc、Fe、Cu、Ga、Y、In、Er、Tm、Yb或Lu，
X为In、Ga、Al或Fe，
A为Mg、Mn、Co或Zn，
m为1至4，
n为1至7，以及
p和q各自独立地表示大于0且为1以下的原子含量比。
10.根据权利要求9所述的制备透明导电膜的方法，其中，使用DC/RF磁控溅射法或分子束外延法来形成化学式1表示的化合物。
11.根据权利要求9所述的制备透明导电膜的方法，其中，所述化学式1表示的化合物为InAlO3(ZnO)n、InGaO3(ZnO)n或LuFeO3(ZnO)n，n为1至7。
12.根据权利要求9所述的制备透明导电膜的方法，其中，所述化学式1表示的化合物额外地用n-型掺杂剂掺杂。
13.根据权利要求9所述的制备透明导电膜的方法，其中，所述化学式1表示的化合物额外地用p-型掺杂剂掺杂。
14.一种电子元件，其包含权利要求1至8中任一项所述的透明导电膜。
15.一种薄膜晶体管，其包含权利要求1至8中任一项所述的透明导电膜。
16.根据权利要求15所述的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管包括在衬底上的栅电极、栅极绝缘层、活性层、源电极和漏电极，并且
所述栅电极、栅极绝缘层、活性层、源电极和漏电极包含化学式1表示的化合物，或者通过额外地用n-型掺杂剂或p-型掺杂剂掺杂化学式1表示的化合物所得到的化合物。
17.根据权利要求16所述的薄膜晶体管，其中，所述栅电极包含InAlSnO3(ZnO)4。
18.根据权利要求16所述的薄膜晶体管，其中，所述栅极绝缘层包含InGaO3(ZnO)4。
19.根据权利要求16所述的薄膜晶体管，其中，所述活性层包含第一活性层和第二活性层，
所述第一活性层包含InGaO3(ZnO)4:N，以及
所述第二活性层包含InAlO3(ZnO)4:N。
20.根据权利要求16所述的薄膜晶体管，其中，所述源电极和漏电极包含InAlSnO3(ZnO)4。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104167448B (zh) * 2014-08-05 2017-06-30 京东方科技集团股份有限公司 薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板和显示装置
DE102015213305A1 (de) 2015-07-15 2017-01-19 Saint-Augustin Canada Electric Inc. Optisches Lichttransmissionselement für eine Solarenergieanordnung mit einem Erntebereich und einem Justiersteuerungsbereich, und Verfahren zur Justierung desselben
CN106711202A (zh) * 2016-10-20 2017-05-24 浙江大学 一种p型ZnAlSnO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法
CN106711228B (zh) * 2016-10-20 2020-03-03 浙江大学 一种p型LaMSnO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法
CN106711195B (zh) * 2016-10-20 2020-01-17 浙江大学 一种p型ZnMSnO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法
CN106711201B (zh) * 2016-10-20 2020-01-17 浙江大学 一种p型CrMCuO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法
CN111095564A (zh) * 2017-09-12 2020-05-01 英特尔公司 具有包括晶态合金的金属接触部的半导体器件
CN113135600B (zh) * 2021-03-03 2022-05-13 重庆文理学院 一种非晶态氧化铁薄膜的制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003249125A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Ulvac Japan Ltd 低抵抗透明導電膜及びその製造法
US20050039670A1 (en) * 2001-11-05 2005-02-24 Hideo Hosono Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
US6878962B1 (en) * 1999-03-25 2005-04-12 Japan Science And Technology Corp. Semiconductor device
JP2007073312A (ja) * 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc スパッタリングターゲットおよび該ターゲットを用いた薄膜の形成方法
KR20090087130A (ko) * 2004-03-12 2009-08-14 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 아몰퍼스 산화물 및 박막 트랜지스터
JP2010225384A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Kaneka Corp 透明電極付き基板およびその製造方法
KR20110010799A (ko) * 2008-05-22 2011-02-07 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 스퍼터링 타겟, 그것을 이용한 비정질 산화물 박막의 형성 방법, 및 박막 트랜지스터의 제조 방법
KR20110022813A (ko) * 2009-08-28 2011-03-08 삼성코닝정밀소재 주식회사 산화아연계 전도체 및 그 제조방법
CN102245533A (zh) * 2008-12-15 2011-11-16 出光兴产株式会社 氧化铟系烧结体及溅射靶
CN102473729A (zh) * 2009-07-03 2012-05-23 株式会社半导体能源研究所 制造半导体装置的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3945887B2 (ja) * 1998-01-30 2007-07-18 Ｈｏｙａ株式会社 導電性酸化物薄膜を有する物品及びその製造方法
JP3531865B2 (ja) * 2000-07-06 2004-05-31 独立行政法人 科学技術振興機構 超平坦透明導電膜およびその製造方法
KR100998527B1 (ko) 2004-11-10 2010-12-07 고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸 비정질 산화물 및 전계 효과 트랜지스터
JP4836229B2 (ja) * 2005-05-31 2011-12-14 株式会社東芝 蛍光体および発光装置
JP2009123957A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Sumitomo Chemical Co Ltd 酸化物半導体材料及びその製造方法、電子デバイス及び電界効果トランジスタ
WO2011024296A1 (ja) * 2009-08-28 2011-03-03 株式会社 東芝 蛍光体の製造方法およびそれにより製造された蛍光体
JP5708910B2 (ja) 2010-03-30 2015-04-30 ソニー株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びに表示装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6878962B1 (en) * 1999-03-25 2005-04-12 Japan Science And Technology Corp. Semiconductor device
US20050039670A1 (en) * 2001-11-05 2005-02-24 Hideo Hosono Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
JP2003249125A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Ulvac Japan Ltd 低抵抗透明導電膜及びその製造法
KR20090087130A (ko) * 2004-03-12 2009-08-14 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 아몰퍼스 산화물 및 박막 트랜지스터
JP2007073312A (ja) * 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc スパッタリングターゲットおよび該ターゲットを用いた薄膜の形成方法
KR20110010799A (ko) * 2008-05-22 2011-02-07 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 스퍼터링 타겟, 그것을 이용한 비정질 산화물 박막의 형성 방법, 및 박막 트랜지스터의 제조 방법
CN102245533A (zh) * 2008-12-15 2011-11-16 出光兴产株式会社 氧化铟系烧结体及溅射靶
JP2010225384A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Kaneka Corp 透明電極付き基板およびその製造方法
CN102473729A (zh) * 2009-07-03 2012-05-23 株式会社半导体能源研究所 制造半导体装置的方法
KR20110022813A (ko) * 2009-08-28 2011-03-08 삼성코닝정밀소재 주식회사 산화아연계 전도체 및 그 제조방법

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