JP2009199986A - 酸化亜鉛系透明導電膜積層体と透明導電性基板およびデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スパッタリング法等により基板上に成膜され、ガリウム含有量が異なる複数層の酸化亜鉛系透明導電膜により構成された酸化亜鉛系透明導電膜積層体であって、最も基板側に成膜される酸化亜鉛系透明導電膜が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.6〜10.0%に設定されかつ膜厚が20〜40nmに設定された酸化亜鉛系薄膜層(1)により構成され、この酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される単一若しくは複数の酸化亜鉛系透明導電膜が、上記酸化亜鉛系薄膜層(1)よりガリウム含有量が少ない酸化亜鉛系薄膜層(2)により構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
スパッタリング法若しくはイオンプレーティング法により基板上に成膜されると共に、ガリウム含有量が異なる複数層の酸化亜鉛系透明導電膜により構成された酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
最も基板側に成膜される酸化亜鉛系透明導電膜が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.6〜10.0%に設定されかつ膜厚が20〜40nmに設定された酸化亜鉛系薄膜層(1)により構成され、この酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される単一若しくは複数の酸化亜鉛系透明導電膜が、上記酸化亜鉛系薄膜層(1)よりガリウム含有量が少ない酸化亜鉛系薄膜層(2)により構成されていることを特徴とする。
請求項1に記載の発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
上記酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)のガリウム含有量が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比で3.5〜5.5%であることを特徴とし、
請求項3に係る発明は、
請求項2に記載の発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
上記酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)のガリウム含有量が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比で4.5〜5.5%であることを特徴とし、
請求項4に係る発明は、
請求項3に記載の発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
総膜厚が80nm以上400nm未満で、かつ、比抵抗が8.0×10−4Ωcm以下であることを特徴とし、
請求項5に係る発明は、
請求項2に記載の発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
上記酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が4.5〜5.5%に設定された酸化亜鉛系薄膜層(2−1)と、この酸化亜鉛系薄膜層(2−1)上に成膜されかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が3.5〜4.4%に設定された酸化亜鉛系薄膜層(2−2)とで構成されることを特徴とし、
請求項6に係る発明は、
請求項5に記載の発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
総膜厚が400nm以上で、かつ、比抵抗が3.5×10−4Ωcm以下であることを特徴とし、
請求項7に係る発明は、
請求項1〜6のいずれかに記載の発明に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
成膜中の基板温度を100〜500℃に設定して、スパッタリング法により成膜されたことを特徴とするものである。
透明導電性基板において、
ガラス基板若しくは樹脂基板と、この基板上に成膜された請求項1〜7の酸化亜鉛系透明導電膜積層体とで構成されることを特徴とし、
請求項9に係る発明は、
太陽電池、表示装置または発光デバイスから選択されるデバイスにおいて、
請求項1〜7の酸化亜鉛系透明導電膜積層体が、透明電極として組み込まれていることを特徴とするものである。
最も基板側に成膜される酸化亜鉛系透明導電膜が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.6〜10.0%に設定されかつ膜厚が20〜40nmに設定された酸化亜鉛系薄膜層(1)により構成され、この酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される単一若しくは複数の酸化亜鉛系透明導電膜が、上記酸化亜鉛系薄膜層(1)よりガリウム含有量が少ない酸化亜鉛系薄膜層(2)により構成されているため、従来の酸化亜鉛系透明導電膜と較べて導電性が改善されており、更に、本発明の酸化亜鉛系透明導電膜積層体は、酸化亜鉛を主成分としているため、資源として豊富に埋蔵されていて低コスト材料としてあるいは環境や人体にも優しい効果を有している。
スパッタリング法若しくはイオンプレーティング法により基板上に成膜されると共に、ガリウム含有量が異なる複数層の酸化亜鉛系透明導電膜により構成された本発明の酸化亜鉛系透明導電膜積層体は、図1に示すように、最も基板側に成膜される酸化亜鉛系透明導電膜が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.6〜10.0%に設定されかつ膜厚が20〜40nmに設定された酸化亜鉛系薄膜層(1)により構成され、この酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される単一若しくは複数の酸化亜鉛系透明導電膜が、上記酸化亜鉛系薄膜層(1)よりガリウム含有量が少ない酸化亜鉛系薄膜層(2)により構成されていることを特徴としている。
本発明に係る透明導電性基板は、ガラス基板若しくは樹脂基板とこれ等基板上に成膜されかつ導電性が改善された上述の酸化亜鉛系透明導電膜積層体とで構成される。上記酸化亜鉛系透明導電膜はスパッタリング法若しくはイオンプレーティング法により成膜されるが、特に、スパッタリング法で基板温度が100〜500℃において形成されることが好ましい。また、本発明に係る透明導電性基板は、太陽電池やタッチパネル、液晶素子、プラズマディスプレイ、EL素子等の部材として有効に利用することができる。
本発明に係るデバイスとしての太陽電池は、上記酸化亜鉛系透明導電膜積層体が透明電極として組み込まれて成る光電変換素子である。太陽電池素子の構造は、特に限定されず、PN接合型、PIN接合型等が挙げられる。
[実施例1〜5]
図1に示す積層構造の酸化亜鉛系透明導電膜積層体を直流スパッタリング法で以下の手順・条件で作製した。薄膜を形成するための原料であるスパッタリングターゲットのサイズは直径152mmの円形状であり、酸化亜鉛系薄膜層(1)と酸化亜鉛系薄膜層(2)は、各薄膜層と同じ組成[Ga/(Zn+Ga)の原子数比]のガリウム含有酸化亜鉛系焼結体ターゲットを用いてそれぞれ個別に成膜し、図1に示す積層構造の酸化亜鉛系透明導電膜積層体を作製した。
[実施例6、比較例7〜8]
実施例1〜5と同様の方法により、膜厚が30nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が7.3%である酸化亜鉛系薄膜層(1)と、膜厚が170nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.5%である酸化亜鉛系薄膜層(2)が順次成膜された総膜厚200nmの実施例6に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体を作製した。
[実施例7、比較例9〜10]
実施例6と同様の方法により、膜厚が30nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が7.3%である酸化亜鉛系薄膜層(1)と、膜厚が350nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が4.5%である酸化亜鉛系薄膜層(2)が順次成膜された総膜厚380nmの実施例7に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体を作製した。
[実施例8〜11、比較例11〜14]
実施例7と同様の方法により、膜厚が30nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が7.3%である酸化亜鉛系薄膜層(1)と、膜厚が350nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が3.5%である酸化亜鉛系薄膜層(2)が順次成膜された総膜厚380nmの実施例8に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体を作製した。
[実施例12〜16、比較例15〜18]
実施例1と同様の条件並びに方法により、酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が4.5〜5.5%に設定された酸化亜鉛系薄膜層(2−1)と、この酸化亜鉛系薄膜層(2−1)上に成膜されかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が3.5〜4.4%に設定された酸化亜鉛系薄膜層(2−2)とで構成された図2に示す積層構造の実施例12〜16に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体を作製した。
[実施例17、比較例19〜21]
実施例12と同様の条件並びに方法により、膜厚が40nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が7.3%である酸化亜鉛系薄膜層(1)と、膜厚が340nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.1%である酸化亜鉛系薄膜層(2−1)と、膜厚が700nmかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が4.0%である酸化亜鉛系薄膜層(2−2)が順次成膜された総膜厚1080nmの実施例17に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体を作製した。
[実施例18、比較例22]
成膜時における基板[無アルカリのガラス基板(コーニング♯7059)]の温度(200℃)が、100℃、300℃、500℃に変更された点を除き実施例1〜17と同様に行って実施例18に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体群を作製した。
[実施例19、比較例23]
上記基板[無アルカリのガラス基板(コーニング♯7059)]の種類について、PC(ポリカーボネート)基板、膜厚20nmの酸化シリコン膜が成膜されたPET(ポリエチレンテレフタレート)基板に変更し、かつ、成膜時の基板温度を100℃に変更した点を除き実施例1〜17と同様に行って実施例19に係る酸化亜鉛系透明導電膜積層体群を作製した。
Claims (9)
- スパッタリング法若しくはイオンプレーティング法により基板上に成膜されると共に、ガリウム含有量が異なる複数層の酸化亜鉛系透明導電膜により構成された酸化亜鉛系透明導電膜積層体において、
最も基板側に成膜される酸化亜鉛系透明導電膜が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が5.6〜10.0%に設定されかつ膜厚が20〜40nmに設定された酸化亜鉛系薄膜層(1)により構成され、この酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される単一若しくは複数の酸化亜鉛系透明導電膜が、上記酸化亜鉛系薄膜層(1)よりガリウム含有量が少ない酸化亜鉛系薄膜層(2)により構成されていることを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜積層体。 - 上記酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)のガリウム含有量が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比で3.5〜5.5%であることを特徴とする請求項1に記載の酸化亜鉛系透明導電膜積層体。
- 上記酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)のガリウム含有量が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比で4.5〜5.5%であることを特徴とする請求項2に記載の酸化亜鉛系透明導電膜積層体。
- 総膜厚が80nm以上400nm未満で、かつ、比抵抗が8.0×10−4Ωcm以下であることを特徴とする請求項3に記載の酸化亜鉛系透明導電膜積層体。
- 上記酸化亜鉛系薄膜層(1)上に成膜される酸化亜鉛系薄膜層(2)が、Ga/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が4.5〜5.5%に設定された酸化亜鉛系薄膜層(2−1)と、この酸化亜鉛系薄膜層(2−1)上に成膜されかつGa/(Zn+Ga)の原子数比でガリウム含有量が3.5〜4.4%に設定された酸化亜鉛系薄膜層(2−2)とで構成されることを特徴とする請求項2に記載の酸化亜鉛系透明導電膜積層体。
- 総膜厚が400nm以上で、かつ、比抵抗が3.5×10−4Ωcm以下であることを特徴とする請求項5に記載の酸化亜鉛系透明導電膜積層体
- 成膜中の基板温度を100〜500℃に設定して、スパッタリング法により成膜されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の酸化亜鉛系透明導電膜積層体。
- ガラス基板若しくは樹脂基板と、この基板上に成膜された請求項1〜7の酸化亜鉛系透明導電膜積層体とで構成されることを特徴とする透明導電性基板。
- 請求項1〜7の酸化亜鉛系透明導電膜積層体が、透明電極として組み込まれていることを特徴とする太陽電池、表示装置または発光デバイスから選択されるデバイス。
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