JP2011157592A - Oxide film and method for producing the same, and target and method for producing oxide sintered compact - Google Patents

Oxide film and method for producing the same, and target and method for producing oxide sintered compact Download PDF

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誠司 山添
Takahiro Wada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the high performance of an oxide film as a p-type conductive film and a p-type transparent conductive film. <P>SOLUTION: The oxide film of one embodiment of the present invention is a film of an oxide consisting of titanium (Ti) and antimony (Sb) (possibly containing inevitable impurities). Further, in the number-of-atoms ratio of the antimony (Sb) to the titanium (Ti) in this oxide film, the number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 to 0.18 when the number of atoms of the titanium (Ti) is defined as 1. The oxide film is amorphous containing microcrystalline aggregate and containing microcrystal, or is amorphous with p-type conductivity. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、酸化物膜及びその製造方法、並びにターゲット及び酸化物焼結体の製造方法に関する。   The present invention relates to an oxide film and a manufacturing method thereof, and a target and a manufacturing method of an oxide sintered body.

従来から、透明性又は導電性を備えた種々の酸化物膜が研究されている。特に、透明性と導電性を兼ね備えた膜は透明導電膜と呼ばれ、フラットパネルディスプレーや太陽電池などのデバイスにおける重要な要素材料として広く用いられている。   Conventionally, various oxide films having transparency or conductivity have been studied. In particular, a film having both transparency and conductivity is called a transparent conductive film, and is widely used as an important element material in devices such as flat panel displays and solar cells.

これまでに採用されてきた代表的な透明導電膜の材料は、ITO(酸化インジウム錫)とZnO(酸化亜鉛)である。ITO(酸化インジウム錫)は、特に透明性や導電性が高いことで知られており、材料としても安定していることから、各種のデバイスにおいて長年用いられてきた。しかし、その導電性はn型しか示さないため、適用範囲が限定される。他方、昨今、高性能化に向けた研究開発の対象として注目されているZnO(酸化亜鉛)については、純酸化亜鉛のみならず、アルミニウム(Al)とクロム(Cr)を添加した酸化亜鉛などが開発されている(特許文献1を参照)。しかし、そもそも酸化亜鉛は水分や熱に対する安定性がITOに比べて低いため、その取扱いは難しい。   The typical transparent conductive film materials that have been adopted so far are ITO (indium tin oxide) and ZnO (zinc oxide). ITO (indium tin oxide) is known for its particularly high transparency and conductivity, and has been used for many years in various devices because it is stable as a material. However, the conductivity is limited to n-type, so the applicable range is limited. On the other hand, with regard to ZnO (zinc oxide), which has been attracting attention as an object of research and development for higher performance recently, not only pure zinc oxide, but also zinc oxide added with aluminum (Al) and chromium (Cr), etc. It has been developed (see Patent Document 1). However, zinc oxide is difficult to handle because it is less stable to moisture and heat than ITO.

ところで、n型の導電性を示す透明導電膜については、上述のITOをはじめ、AlをドープしたZnOやフッ素をドープしたSnOなど、数多くの種類が存在する。しかしながら、p型の導電性を示す透明導電膜の高性能化に向けた研究開発は依然として道半ばであるといえる。例えば、銅(Cu)とアルミニウム(Al)の複合酸化物であるCuAlOの膜、又は銅(Cu)とストロンチウム(Sr)の複合酸化物であるSrCuの膜がp型の導電性を示すことが開示されている(非特許文献1を参照)。しかしながら、それらの導電率は非常に低い。また、以下に示す特許文献2や特許文献3では、幾つかの元素が添加された酸化物が透明導電膜としての性質を有していることが開示されているが、いずれの文献も、開示された全ての元素に対する導電性や可視光透過率に関する具体的な開示が無いため、透明導電膜の技術資料として採用することが困難である。 By the way, there are many types of transparent conductive films exhibiting n-type conductivity, including the above-mentioned ITO, ZnO doped with Al, SnO 2 doped with fluorine, and the like. However, it can be said that research and development for improving the performance of transparent conductive films exhibiting p-type conductivity are still halfway. For example, a CuAlO 2 film that is a composite oxide of copper (Cu) and aluminum (Al), or a SrCu 2 O 2 film that is a composite oxide of copper (Cu) and strontium (Sr) is p-type conductivity. Is disclosed (see Non-Patent Document 1). However, their conductivity is very low. Further, in Patent Document 2 and Patent Document 3 shown below, it is disclosed that an oxide to which several elements are added has a property as a transparent conductive film. Since there is no specific disclosure regarding the conductivity and visible light transmittance of all the elements, it is difficult to adopt as a technical document of the transparent conductive film.

特開2002−75061号公報JP 2002-75061 A 特開2007−142028号公報JP 2007-142028 A 特表2008−507842号公報Special table 2008-507842

Jaroslaw Domaradzki 他3名、「Transparent oxide semiconductors based on TiO2 doped with V, Co and Pd elements」、Journal of Non−Crystalline Solids、2006年、第352巻、p2324−2327Jaroslaw Domaradzki and three others, "Transparent oxide semi-conductors based on TiO2 doped with V, Co and Pd elements-Vol. 23, Journal of Non-Crystal, Vol. 23, Vol.

上述のように、p型の導電性を示す導電膜、特に、透明導電膜としての酸化物膜の高性能化は、n型のそれと比べて大きく立ち遅れているのが現状である。すなわち、現在開発されているp型の透明導電膜は、主として透明性又は導電性が低いといった問題を抱えている。   As described above, the performance of p-type conductive films, particularly oxide films as transparent conductive films, is currently far behind that of n-type. That is, the currently developed p-type transparent conductive film has a problem that the transparency or conductivity is mainly low.

他方、結晶性の酸化物膜については、その物性を決定する結晶の配向制御の問題が生じうる。その意味で、特定の結晶方位を有しなければその性能を十分に発揮しないような結晶性の酸化物膜の採用は、工業化を念頭に置いたときに量産化や基板の大型化にとっての技術的な障壁となる可能性がある。   On the other hand, a crystalline oxide film may have a problem of crystal orientation control that determines its physical properties. In that sense, the adoption of a crystalline oxide film that does not fully exhibit its performance unless it has a specific crystal orientation is a technology for mass production and substrate enlargement with industrialization in mind. May be a potential barrier.

本発明は、上述の技術課題の少なくとも1つを解決することにより、p型の導電膜、特にp型の透明導電膜としての酸化物膜の高性能化に大きく貢献するものである。発明者らは、導電膜の適用範囲を広げるためにはp型の導電性を有する酸化物膜の高性能化が不可欠であると考え、その導電性又は透明性を高めるべく、古くから研究されている対象の元素のみならず、これまで本格的な研究対象となっていなかった新しい元素の採用を試みた。数多くの試行錯誤を行った結果、発明者らは、いわゆる薄膜化を行うことによって塊状の物性とは全く異なる物性を示す材料が存在し、その膜の特性が上述の幾つかの問題の解決に寄与し得ることを知見した。さらに発明者らが研究を重ねた結果、その材料は、望まれる特性を得るための製造条件が比較的緩やかであって、製造上の自由度が非常に高くなる可能性があることも併せて知見した。本発明は、そのような知見と経緯によって創出された。   The present invention greatly contributes to improving the performance of a p-type conductive film, particularly an oxide film as a p-type transparent conductive film, by solving at least one of the above technical problems. The inventors consider that it is indispensable to improve the performance of an oxide film having p-type conductivity in order to expand the application range of the conductive film, and have been studied for a long time in order to increase the conductivity or transparency. We tried to adopt not only the target elements but also new elements that had not been a subject of full-scale research. As a result of many trials and errors, the inventors have found that there is a material that exhibits completely different physical properties from the bulk physical properties by performing so-called thinning, and the properties of the film have solved the above-mentioned problems. It was found that it can contribute. Furthermore, as a result of repeated researches by the inventors, the material has relatively mild manufacturing conditions for obtaining the desired properties, and may have a very high degree of manufacturing freedom. I found out. The present invention has been created based on such knowledge and background.

本発明の1つの酸化物膜は、チタン(Ti)とアンチモン(Sb)とからなる酸化物の膜(不可避不純物を含み得る)であって、前述のチタン(Ti)に対する前述のアンチモン(Sb)の原子数比が、そのチタン(Ti)の原子数を1とした場合にそのアンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下であり、かつ微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であるとともにp型の導電性を有する。   One oxide film of the present invention is an oxide film composed of titanium (Ti) and antimony (Sb) (which may contain inevitable impurities), and the above-described antimony (Sb) with respect to the above-described titanium (Ti). When the number ratio of the titanium (Ti) is 1 and the number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less, and an aggregate of microcrystals and microcrystals It is amorphous or contains amorphous and has p-type conductivity.

この酸化物膜によれば、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域において高い透過率が得られる。また、この酸化物は、通常、塊状においては結晶性を示すが、膜状になると微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状となるため、大型基板上への膜の形成が容易になることから、工業生産にも適している。   According to this oxide film, it has p-type electrical conductivity and high transmittance can be obtained in the visible light region having a wavelength of 400 nm or more and 780 nm or less. In addition, this oxide usually shows crystallinity in a lump shape, but when it becomes a film shape, it becomes an aggregate of microcrystals, an amorphous state containing microcrystals, or an amorphous state, so that a film is formed on a large substrate. Is also suitable for industrial production.

また、本発明の1つの酸化物膜の製造方法は、チタン(Ti)とアンチモン(Sb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)のターゲットの構成原子を飛散させることにより、基板上に微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であってp型の導電性を有する第1酸化物膜を形成する工程を含む。   In addition, according to the method of manufacturing an oxide film of the present invention, a constituent atom of a target of an oxide (which may include inevitable impurities) composed of titanium (Ti) and antimony (Sb) is scattered on a substrate. A step of forming an aggregate of microcrystals, an amorphous state including microcrystals, or a first oxide film that is amorphous and has p-type conductivity.

この酸化物膜の製造方法によれば、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域の透過率が高い酸化物膜が得られる。また、この酸化物は、通常、塊状においては結晶性を示すが、膜状になると微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状となるため、大型基板上に容易に形成され得ることから、工業生産にも適した酸化物膜が得られる。。   According to this method for producing an oxide film, an oxide film having p-type conductivity and high transmittance in the visible light region having a wavelength of 400 nm to 780 nm can be obtained. In addition, this oxide usually exhibits crystallinity in a lump shape, but when formed into a film shape, it becomes an aggregate of microcrystals, an amorphous state containing microcrystals, or an amorphous state, and thus is easily formed on a large substrate. Thus, an oxide film suitable for industrial production can be obtained. .

また、本発明の1つのターゲットは、チタン(Ti)とアンチモン(Sb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)であって、前述のチタン(Ti)に対する前述のアンチモン(Sb)の原子数比が、そのチタン(Ti)の原子数を1とした場合にそのアンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下である。   One target of the present invention is an oxide (which may contain inevitable impurities) made of titanium (Ti) and antimony (Sb), and the atoms of the antimony (Sb) with respect to the titanium (Ti). As for the number ratio, when the number of titanium (Ti) atoms is 1, the number of antimony (Sb) atoms is 0.08 or more and 0.18 or less.

このターゲットによれば、例えば、スパッタリング又はパルスレーザーの照射によりこのターゲットの構成材料を飛散させることによって、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域の透過率が高い酸化物膜を形成することができる。   According to this target, for example, the constituent material of this target is scattered by sputtering or pulse laser irradiation, thereby having p-type conductivity and a transmittance in the visible light region having a wavelength of 400 nm or more and 780 nm or less. A high oxide film can be formed.

また、本発明の1つの酸化物焼結体の製造方法は、アンチモン(Sb)の酸化物(不可避不純物を含み得る)と、チタン(Ti)の酸化物(不可避不純物を含み得る)とを、前述のチタン(Ti)に対する前述のアンチモン(Sb)の原子数比が、そのチタン(Ti)の原子数を1とした場合にそのアンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下となる割合で混合することにより混合物を得る混合工程と、その混合物を圧縮成形することにより成形体を得る成形工程と、その成形体を加熱することによって焼結させる焼結工程とを含む。   Moreover, the manufacturing method of one oxide sintered body of the present invention includes an oxide of antimony (Sb) (which may include inevitable impurities) and an oxide of titanium (Ti) (which may include inevitable impurities). When the ratio of the number of the above-mentioned antimony (Sb) to the above-mentioned titanium (Ti) is 1, the number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less. A mixing step for obtaining a mixture by mixing at a ratio, a forming step for obtaining a formed body by compression molding the mixture, and a sintering step for sintering the formed body by heating.

この酸化物焼結体の製造方法によれば、この製造方法によって形成された酸化物焼結体を、例えば、スパッタリング又はパルスレーザーの照射の対象となるターゲットとして活用することにより、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域の透過率が高い酸化物膜が形成され得る。また、焼結体であれば市場における取扱いが容易になるため、流通性及び産業適用性に富む製造物が得られる。   According to this method of manufacturing an oxide sintered body, the oxide sintered body formed by this manufacturing method is used as a target to be irradiated with, for example, sputtering or pulsed laser, whereby a p-type electric An oxide film having conductivity and high transmittance in the visible light region with a wavelength of 400 nm to 780 nm can be formed. Moreover, since the handling in a market will become easy if it is a sintered compact, the product which is rich in distribution property and industrial applicability is obtained.

なお、本出願においては、「基板」とは、代表的にはガラス基板、半導体基板、金属基板、及びプラスチック基板を意味するが、これに限定されない。また、本出願における「基板」には、平板状に限らず、曲面状の構造体も含まれ得る。さらに、本願において、「基板の温度」とは、特に言及がない限り、その基板を支持、保持、ないし収容する台や器具を加熱するヒーターの設定温度を意味する。また、本出願において、「酸化物」及び「酸化物膜」には、製造上、混入を避けることができない不純物が含まれ得る。なお、この不純物の代表的なものは、例えば、ターゲットを製造する際に混入しうる不純物や、各種の基板の含まれる不純物、あるいは各種のデバイスの製造工程において利用される水の中に含まれる不純物である。従って、本願出願時の最新の分析機器によって必ずしも検出できるとは言えないが、例えば、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、鉄(Fe)、ナトリウム(Na)、カルシウム(Ca)、及びマグネシウム(Mg)が代表的な不純物として考えられる。   In the present application, “substrate” typically means a glass substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate, and a plastic substrate, but is not limited thereto. In addition, the “substrate” in the present application is not limited to a flat plate shape, and may include a curved structure. Further, in the present application, the “substrate temperature” means a set temperature of a heater that heats a table or an instrument that supports, holds, or accommodates the substrate, unless otherwise specified. In the present application, the “oxide” and the “oxide film” may contain impurities that cannot be avoided in manufacturing. In addition, the typical thing of this impurity is contained in the water utilized in the manufacturing process of the impurity which may be mixed when manufacturing a target, the impurity contained in various board | substrates, or various devices, for example. It is an impurity. Therefore, it cannot be necessarily detected by the latest analytical instrument at the time of filing this application. For example, aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe), sodium (Na), calcium (Ca), and magnesium ( Mg) is considered as a typical impurity.

本発明の1つの酸化物膜によれば、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域において高い透過率が得られる。また、この酸化物は、通常、塊状においては結晶性を示すが、膜状になると微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状となるため、大型基板上への膜の形成が容易になることから、工業生産にも適している。また、本発明の1つの酸化物膜の製造方法によれば、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域の透過率が高い酸化物膜が得られる。また、この酸化物は、通常、塊状においては結晶性を示すが、膜状になると微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状となるため、大型基板上に容易に形成され得ることから、工業生産にも適した酸化物膜が得られる。また、本発明の1つのターゲットによれば、例えば、スパッタリング又はパルスレーザーの照射によりこのターゲットの構成材料を飛散させることによって、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域の透過率が高い酸化物膜を形成することができる。さらに、本発明の1つの酸化物焼結体の製造方法によれば、この製造方法によって形成された酸化物焼結体を、例えば、スパッタリング又はパルスレーザーの照射の対象となるターゲットとして活用することにより、p型の電気伝導性を有するとともに、400nm以上780nm以下の波長の可視光領域の透過率が高い酸化物膜が形成され得る。また、焼結体であれば市場における取扱いが容易になるため、流通性及び産業適用性に富む製造物が得られる。   According to one oxide film of the present invention, it has p-type conductivity and high transmittance can be obtained in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more and 780 nm or less. In addition, this oxide usually shows crystallinity in a lump shape, but when it becomes a film shape, it becomes an aggregate of microcrystals, an amorphous state containing microcrystals, or an amorphous state, so that a film is formed on a large substrate. Is also suitable for industrial production. In addition, according to the method for manufacturing an oxide film of the present invention, an oxide film having p-type conductivity and high transmittance in the visible light region having a wavelength of 400 nm to 780 nm can be obtained. In addition, this oxide usually exhibits crystallinity in a lump shape, but when formed into a film shape, it becomes an aggregate of microcrystals, an amorphous state containing microcrystals, or an amorphous state, and thus is easily formed on a large substrate. Thus, an oxide film suitable for industrial production can be obtained. In addition, according to one target of the present invention, for example, the constituent material of the target is scattered by sputtering or pulse laser irradiation, thereby having p-type electrical conductivity and having a wavelength of 400 nm or more and 780 nm or less. An oxide film with high transmittance in the light region can be formed. Furthermore, according to the manufacturing method of one oxide sintered body of the present invention, the oxide sintered body formed by this manufacturing method is utilized as a target to be irradiated with, for example, sputtering or pulse laser. Thus, an oxide film having p-type conductivity and high transmittance in the visible light region with a wavelength of 400 nm to 780 nm can be formed. Moreover, since the handling in a market will become easy if it is a sintered compact, the product which is rich in distribution property and industrial applicability is obtained.

本発明の第1の実施形態における第1酸化物膜の製造装置の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing apparatus of the 1st oxide film in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における第2酸化物膜の形成過程の1つを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one of the formation processes of the 2nd oxide film in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における第2酸化物膜の形成過程の1つを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one of the formation processes of the 2nd oxide film in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における第2酸化物膜のXRD(X線回折)分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the XRD (X-ray diffraction) analysis result of the 2nd oxide film in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における第1酸化物膜の主として可視光領域の波長の光線の透過率の分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the analysis result of the transmittance | permeability of the light of the wavelength of the visible region of the 1st oxide film in the 1st Embodiment of this invention mainly. 本発明の第1の実施形態における第2酸化物膜の主として可視光領域の波長の光線の透過率の分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the analysis result of the transmittance | permeability of the light of the wavelength of the visible region mainly of the 2nd oxide film in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例(1)における1つの第2酸化物膜の主として可視光領域の波長の光線の透過率の分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the analysis result of the transmittance | permeability of the light of the wavelength of the visible region mainly of one 2nd oxide film in the modification (1) of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例(1)におけるもう1つの第2酸化物膜の主として可視光領域の波長の光線の透過率の分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the analysis result of the transmittance | permeability of the light of the wavelength of the visible region mainly of another 2nd oxide film in the modification (1) of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例(1)における1つの第2酸化物膜のXRD(X線回折)分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the XRD (X-ray diffraction) analysis result of one 2nd oxide film in the modification (1) of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における比較例のXRD(X線回折)分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the XRD (X-ray diffraction) analysis result of the comparative example in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における第2酸化物膜のXRD(X線回折)分析結果を示すチャートである。It is a chart which shows the XRD (X-ray diffraction) analysis result of the 2nd oxide film in the 2nd Embodiment of this invention.

本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings unless otherwise specified. In the drawings, each element of each embodiment is not necessarily shown in a scale ratio. Moreover, in order to make each drawing easy to see, some reference numerals may be omitted.

<第1の実施形態>
本実施形態では、チタン(Ti)とアンチモン(Sb)を主成分として含む酸化物膜及びその製造方法について説明する。図1は、本実施形態における第1酸化物膜の製造装置の説明図である。図2A及び図2Bは、本実施形態における第2酸化物膜の形成過程の1つを示す説明図である。
<First Embodiment>
In this embodiment, an oxide film containing titanium (Ti) and antimony (Sb) as main components and a manufacturing method thereof will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a first oxide film manufacturing apparatus in the present embodiment. 2A and 2B are explanatory diagrams showing one of the formation processes of the second oxide film in the present embodiment.

本実施形態では、最終目的物となる酸化物膜の製造に先立ち、その酸化物膜を形成するための原料となる酸化物焼結体の製造が行われた。まず、4価のチタン(Ti)の酸化物である二酸化チタン(TiO)と、5価のアンチモン(Sb)の酸化物である五酸化アンチモン(Sb)とが物理的に混合された。本実施形態では、公知のライカイ機(株式会社石川工場製、型式AGA)を用いて混合された。また、上述の2種類の酸化物は、化学量論比においてチタン(Ti)が1に対して、アンチモン(Sb)が約0.11となるように混合された。なお、本実施形態の二酸化チタン(TiO)(rutile)については、株式会社高純度化学研究所社製の公称純度が99.9%のものが採用された。また、本実施形態のSbについては、株式会社高純度化学研究所社製の公称純度が99.9%のものが採用された。ところで、本実施形態では、前述の比率により各酸化物が混合されているが、この比率は前述の数値には限定されない。但し、チタン(Ti)の酸化物とアンチモン(Sb)の酸化物とを、前述のチタン(Ti)に対する前述のアンチモン(Sb)の原子数比が、そのチタン(Ti)の原子数を1とした場合に、そのアンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下であれば、より確度高く最終的に目的とする酸化物膜を製造することができる。 In the present embodiment, prior to the manufacture of the oxide film that is the final object, the oxide sintered body that is the raw material for forming the oxide film is manufactured. First, titanium dioxide (TiO 2 ), which is an oxide of tetravalent titanium (Ti), and antimony pentoxide (Sb 2 O 5 ), which is an oxide of pentavalent antimony (Sb), are physically mixed. It was. In this embodiment, it mixed using the well-known Reika machine (Ishikawa factory make, model AGA). The above-mentioned two kinds of oxides were mixed so that the stoichiometric ratio of titanium (Ti) was 1 and antimony (Sb) was about 0.11. Note that titanium dioxide of the present embodiment (TiO 2) (rutile) is Kojundo Chemical Laboratory Co. nominal purity Corporation was employed those of 99.9%. Further, the Sb 2 O 5 of the present embodiment, Kojundo Chemical Laboratory Co. nominal purity Corporation was employed those of 99.9%. By the way, in this embodiment, although each oxide is mixed by the above-mentioned ratio, this ratio is not limited to the above-mentioned numerical value. However, the oxide ratio of titanium (Ti) and the oxide of antimony (Sb), the atomic ratio of the above-mentioned antimony (Sb) to the above-mentioned titanium (Ti), the number of atoms of the titanium (Ti) is 1 When the number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less, the final oxide film can be manufactured with higher accuracy.

次に、本実施形態では、上述の酸化物の混合物の粉末を市販の錠剤成形機(エヌピーエーシステム株式会社製、型式TB−5Hを用いて圧縮成形することにより、上述の酸化物の成形物が得られた。このときに加えられた圧力は、40MPaであった。さらに、アルミナ板上に載せた上述の粉末状の混合物の上にこの成形体を置いた状態で、1000℃に加熱した市販のマッフル炉(株式会社モトヤマ製、型式MS−2520を用いて4時間の第1焼成工程が行われた。   Next, in this embodiment, the powder of the above-described oxide mixture is compression-molded by using a commercially available tablet molding machine (NPA Corporation, model TB-5H, thereby forming the above-mentioned oxide molding. The pressure applied at this time was 40 MPa, and the compact was placed on the above-mentioned powdery mixture placed on an alumina plate and heated to 1000 ° C. The first baking step for 4 hours was performed using a commercially available muffle furnace (manufactured by Motoyama Co., Ltd., model MS-2520.

本実施形態では、上述の第1焼成工程を経た成形物を、さらに粉砕及び混合した上で、再度圧縮成形することにより、最終的な酸化物焼結体が得られた。なお、このときに加えられた圧力は、70MPaであり、1500℃に加熱した上述のマッフル炉を用いて4時間の第2焼成工程が行われた。   In the present embodiment, the molded product that has undergone the first firing step described above is further pulverized and mixed, and then compression-molded again to obtain a final oxide sintered body. The pressure applied at this time was 70 MPa, and the second baking step for 4 hours was performed using the above-described muffle furnace heated to 1500 ° C.

上述の2つの焼成工程を経て得られた酸化物焼結体の相対密度は約90%であった。この酸化物焼結体の結晶構造については、XRD分析装置(株式会社リガク製、製品名「自動X線解説装置 RINT(登録商標)2400」)を用いた測定及び分析が行われた。その結果、上述の酸化物焼結体がアンチモン(Sb)をドープした二酸化チタン(TiO)の結晶構造、換言すれば、(Ti0.90Sb0.10)Oのルチル構造を有していることが分かった。ところで、このXRD測定では、θ/2θ法が採用された。また、X線照射の際の管電圧は40kVであり、管電流は100mAであった。また、X線発生部のターゲットは銅であった。なお、以下のいずれのXRD分析も、前述のXRD分析装置を用いて行われた。 The relative density of the oxide sintered body obtained through the two firing steps described above was about 90%. The crystal structure of this oxide sintered body was measured and analyzed using an XRD analyzer (manufactured by Rigaku Corporation, product name “automatic X-ray explanation device RINT (registered trademark) 2400”). As a result, the above-mentioned oxide sintered body has a crystal structure of titanium dioxide (TiO 2 ) doped with antimony (Sb), in other words, a rutile structure of (Ti 0.90 Sb 0.10 ) O 2. I found out. By the way, in this XRD measurement, the θ / 2θ method was adopted. Moreover, the tube voltage at the time of X-ray irradiation was 40 kV, and the tube current was 100 mA. Moreover, the target of the X-ray generation part was copper. In addition, any of the following XRD analysis was performed using the above-mentioned XRD analyzer.

その後、図1に示すように、パルスレーザー蒸着装置20を用いて酸化物膜が基板10上に製造される。なお、パルスレーザー蒸着装置20のレーザー源は、Lambda Physik社製の、型式Compex201であり、そのチャンバーは、ネオセラ社製のパルスレーザー蒸着装置であった。また、本実施形態では、基板10はホウケイ酸ガラス基板である。また、上述の酸化物焼結体がターゲット30として採用された。大気開放されたチャンバー21内のステージ(又は、基板ホルダー。以下、統一的にステージという。)27上に、取り付け金具を用いて基板10を貼り付けて載置した後、公知の真空ポンプ29を用いて排気口28からチャンバー21内の空気が排気された。チャンバー21内の圧力が10−4Paのオーダーになるまで排気された後、ステージ27内部の図示しないヒーターの温度が100℃に設定された。 Thereafter, as shown in FIG. 1, an oxide film is manufactured on the substrate 10 using a pulse laser deposition apparatus 20. The laser source of the pulse laser deposition apparatus 20 was a model Compex 201 manufactured by Lambda Physik, and the chamber thereof was a pulse laser deposition apparatus manufactured by Neocera. In the present embodiment, the substrate 10 is a borosilicate glass substrate. Further, the above oxide sintered body was adopted as the target 30. After mounting the substrate 10 on the stage (or substrate holder; hereinafter referred to as the stage) 27 in the chamber 21 that is open to the atmosphere, the substrate 10 is attached and mounted using a mounting bracket, and then a known vacuum pump 29 is installed. The air in the chamber 21 was exhausted from the exhaust port 28. After exhausting until the pressure in the chamber 21 was on the order of 10 −4 Pa, the temperature of a heater (not shown) inside the stage 27 was set to 100 ° C.

しばらくして、酸素ガスボンベ25aから導入口を介して酸素(O)がチャンバー21内に供給された。なお、本実施形態における酸化物膜の蒸着工程では、チャンバー21内の酸素の平衡圧力が約1.5Paとなるように真空ポンプ29による排気が調整された。なお、本実施形態では、酸素ガスのみが導入されたが、これに限定されない。例えば、酸素ガスに加えて、図1に示すガスボンベ25b内に収容されている窒素(N)ガス、ヘリウム(He)ガス、又はアルゴン(Ar)ガス等の不活性ガスが導入されてもよい。また、本実施形態のチャンバー21内の酸素の平衡圧力は約1.5Paであったが、それ以外の圧力(例えば、0.1Pa以上100Pa以下)に設定されても、本実施形態の酸化物膜と同様の酸化物膜が形成され得る。 After a while, oxygen (O 2 ) was supplied into the chamber 21 from the oxygen gas cylinder 25a through the inlet. In the oxide film deposition step in this embodiment, the exhaust by the vacuum pump 29 was adjusted so that the equilibrium pressure of oxygen in the chamber 21 was about 1.5 Pa. In the present embodiment, only oxygen gas is introduced, but the present invention is not limited to this. For example, in addition to oxygen gas, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, or argon (Ar) gas accommodated in the gas cylinder 25b shown in FIG. 1 may be introduced. . Further, although the equilibrium pressure of oxygen in the chamber 21 of the present embodiment is about 1.5 Pa, the oxide of the present embodiment is set even if other pressures (for example, 0.1 Pa or more and 100 Pa or less) are set. An oxide film similar to the film can be formed.

その後、パルス状のフッ化クリプトン(KrF)エキシマレーザー(波長248nm)22が、レンズ23によって集光された後、ターゲット30に照射される。上述の酸化物焼結体からなるターゲット30の構成原子を前述のエキシマレーザー照射によって飛散させることにより、図2Aに示すように、基板10上に第1酸化物膜11が形成される。ここで、本実施形態の第1酸化物膜11の組成比は、ターゲット30である酸化物焼結体のそれとほぼ一致する。従って、その組成比は、チタン(Ti)が1に対して、アンチモン(Sb)が約0.11である。なお、本実施形態のエキシマレーザーの発振周波数は、10Hzであり、単位パルスの単位面積当たりのエネルギーは、1パルスあたり200mJであり、また、照射回数は、10万回であった。   Thereafter, a pulsed krypton fluoride (KrF) excimer laser (wavelength 248 nm) 22 is condensed by the lens 23 and then irradiated to the target 30. As shown in FIG. 2A, the first oxide film 11 is formed on the substrate 10 by scattering the constituent atoms of the target 30 made of the above-described oxide sintered body by the above-described excimer laser irradiation. Here, the composition ratio of the first oxide film 11 of this embodiment substantially matches that of the oxide sintered body that is the target 30. Accordingly, the composition ratio of titanium (Ti) is 1 and antimony (Sb) is about 0.11. The oscillation frequency of the excimer laser of this embodiment was 10 Hz, the energy per unit area of the unit pulse was 200 mJ per pulse, and the number of irradiations was 100,000.

さらに、第1酸化物膜11の形成後、基板10が大気開放されたチャンバー21から取り出された。その後、約1%の水素(H)ガスと約99%の窒素(N)雰囲気となっているチャンバー内において、基板10上の第1酸化物膜11が、100℃の条件下で2時間加熱処理(アニール処理)された。この加熱処理の結果、図2Bに示すように、基板10上に第2酸化物膜12が得られた。なお、前述の窒素(N)の代わりに、ヘリウム(He)又はアルゴン(Ar)ガスが用いられても良い。また、本実施形態では、約1%の水素(H)ガスを含む雰囲気に第1酸化物膜11が曝露されているが、水素ガスや一酸化炭素(CO)ガスに代表される還元性のガスに第1酸化物膜11が曝露されることにより、本実施形態の少なくとも一部の効果が奏され得る。 Further, after the formation of the first oxide film 11, the substrate 10 was taken out from the chamber 21 opened to the atmosphere. Thereafter, the first oxide film 11 on the substrate 10 is heated to 2 at 100 ° C. in a chamber having about 1% hydrogen (H 2 ) gas and about 99% nitrogen (N 2 ) atmosphere. Heat treatment (annealing treatment) was performed for a time. As a result of this heat treatment, a second oxide film 12 was obtained on the substrate 10 as shown in FIG. 2B. Note that helium (He) or argon (Ar) gas may be used instead of the above-described nitrogen (N 2 ). In the present embodiment, the first oxide film 11 is exposed to an atmosphere containing about 1% hydrogen (H 2 ) gas. However, the reducing property represented by hydrogen gas or carbon monoxide (CO) gas is used. By exposing the first oxide film 11 to this gas, at least a part of the effect of this embodiment can be achieved.

ここで、本実施形態において得られた第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の表面が原子間力顕微鏡(AFM)(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、型式SPI−3700/SPA−300」)を用いて観察された。その結果、第1酸化物膜11は非常に平坦な膜であった。また、第2酸化物膜12についても平坦な膜であった。また、上記レーザー顕微鏡を用いて第2酸化物膜12の膜厚を測定した結果、その膜厚は、約370nmであった。なお、以下のいずれの表面観察も、前述の原子間力顕微鏡を用いて行われた。   Here, the surface of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 obtained in this embodiment is an atomic force microscope (AFM) (made by SII NanoTechnology Inc., model SPI-3700 / SPA- 300 "). As a result, the first oxide film 11 was a very flat film. The second oxide film 12 was also a flat film. Moreover, as a result of measuring the film thickness of the 2nd oxide film 12 using the said laser microscope, the film thickness was about 370 nm. Note that any of the following surface observations was performed using the aforementioned atomic force microscope.

また、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の結晶状態をXRD(X線回折)の分析が行われた。その結果、図3に示すように、第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12は、いずれも20°乃至30°において、アモルファスに由来すると考えられる広範なハローピーク以外のピークは観察されなかった。従って、上述のXRD分析の結果を踏まえると、本実施形態の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12は、いずれもXRD分析では検出できない微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であると考えられる。   Further, XRD (X-ray diffraction) analysis was performed on the crystalline states of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 described above. As a result, as shown in FIG. 3, in the first oxide film 11 and the second oxide film 12, peaks other than a broad halo peak considered to be derived from amorphous are observed at 20 ° to 30 °. There wasn't. Therefore, based on the result of the above-mentioned XRD analysis, the first oxide film 11 and the second oxide film 12 of this embodiment are both an aggregate of microcrystals that cannot be detected by XRD analysis, and an amorphous state containing microcrystals. Or is considered amorphous.

また、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の電気特性及び導電率が、ホール効果測定装置(ECOPIA社製、製品名「Hall Effect Measurement System HMS−3000 Ver.3.5」)を用いて分析された。その結果、本実施形態の第1酸化物膜11はn型の導電性を有するとともに、その導電率は約4.37×10−3S/cmであった。他方、本実施形態の第2酸化物膜12はp型の導電性を有するとともに、その導電率は約1.06×10−2S/cmであった。従って、第2酸化物膜12は、上述の加熱処理によりp型の導電性を有する酸化物膜になることが分かった。なお、この第2酸化物膜12のバンドギャップは約3.1eVであることが分かった。従って、本実施形態の第2酸化物膜12は、かなり広い禁制帯幅を有していることが明らかとなった。また、以下のいずれの電気特性の及び導電率の測定も、上述のホール効果測定装置を用いて行われた。 In addition, the electrical characteristics and conductivity of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 described above are based on the Hall effect measurement device (product name “Hall Effect Measurement System HMS-3000 Ver. 3.5” manufactured by ECOPIA). ). As a result, the first oxide film 11 of this embodiment has n-type conductivity, and the conductivity thereof is about 4.37 × 10 −3 S / cm. On the other hand, the second oxide film 12 of the present embodiment has p-type conductivity, and its conductivity is about 1.06 × 10 −2 S / cm. Therefore, it was found that the second oxide film 12 becomes an oxide film having p-type conductivity by the above heat treatment. The band gap of the second oxide film 12 was found to be about 3.1 eV. Therefore, it has been clarified that the second oxide film 12 of this embodiment has a considerably wide forbidden band width. In addition, any of the following electrical characteristics and conductivity measurements were performed using the Hall effect measuring apparatus described above.

加えて、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の可視光透過率(以下、単に「可視光透過率」又は「透過率」という。)を、マルチチャンネル分光器(浜松ホトニクス株式会社製、製品名「マルチチャンネル分光器 PMA−12」)を用いて分析された。なお、光検出素子は、感度波長範囲が300nm〜1100nmのCCDリニアイメージセンサー「C1027―02」が用いられた。なお、以下のいずれの可視光透過率の分析も、前述のマルチチャンネル分光器を用いて行われた。   In addition, the visible light transmittance (hereinafter simply referred to as “visible light transmittance” or “transmittance”) of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 described above is used as a multichannel spectrometer (Hamamatsu Photonics). The product name was analyzed using a product name “Multichannel Spectrometer PMA-12” manufactured by Co., Ltd. As the light detection element, a CCD linear image sensor “C1027-02” having a sensitivity wavelength range of 300 nm to 1100 nm was used. Note that any of the following visible light transmittance analyzes was performed using the aforementioned multichannel spectrometer.

図4Aは、本実施形態における第2酸化物膜12の主として可視光領域の波長の光線の透過率の分析結果を示すチャートである。また、図4Bは、本実施形態における第2酸化物膜12の主として可視光領域の波長の光線の透過率の分析結果を示すチャートである。   FIG. 4A is a chart showing the analysis result of the transmittance of light having a wavelength mainly in the visible light region of the second oxide film 12 in the present embodiment. FIG. 4B is a chart showing the analysis result of the transmittance of light having a wavelength mainly in the visible light region of the second oxide film 12 in the present embodiment.

図4A及び図4Bに示すように、第1酸化物膜11の380nm以上800nm以下の波長の光線の透過率は60%以上であり、第2酸化物膜12の400nm以上800nm以下の波長の光線の透過率は60%以上であった。従って、本実施形態における第1酸化物膜11および第2酸化物膜12は、いずれも高い透過率を有していることが明らかとなった。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the transmittance of light having a wavelength of 380 nm to 800 nm of the first oxide film 11 is 60% or more, and the light of a wavelength of 400 nm to 800 nm of the second oxide film 12 is used. The transmittance was 60% or more. Therefore, it became clear that both the first oxide film 11 and the second oxide film 12 in this embodiment have high transmittance.

さらに、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の表面粗さが、原子間力顕微鏡により分析された。その結果、本実施形態における第1酸化物膜11の表面の二乗平均平方根粗さ(RMS)(以下、単に「表面粗さ」ともいう。)は、約2nmであり、第2酸化物膜12の表面粗さは、約6nmであることが分かった。すなわち、本実施形態の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の表面はいずれも極めて平坦性が高いことが分かった。   Furthermore, the surface roughness of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 was analyzed by an atomic force microscope. As a result, the root mean square roughness (RMS) (hereinafter also simply referred to as “surface roughness”) of the surface of the first oxide film 11 in the present embodiment is about 2 nm, and the second oxide film 12 is. The surface roughness of was found to be about 6 nm. That is, it was found that the surfaces of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 of this embodiment are extremely flat.

<第1の実施形態の変形例(1)>
第1の実施形態における第1酸化物膜11の加熱温度が50℃又は200℃である点以外は、第1の実施形態と同じ条件で第2酸化物膜12が形成された。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Modification Example (1) of First Embodiment>
The second oxide film 12 was formed under the same conditions as in the first embodiment except that the heating temperature of the first oxide film 11 in the first embodiment was 50 ° C. or 200 ° C. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment may be abbreviate | omitted.

まず、電気特性及び導電率の分析が行われた結果、第1酸化物膜11が50℃で加熱処理された場合の第2酸化物膜12は、p型の導電性を有するとともに、その導電率は約3.86×10−3S/cmであった。また、第1酸化物膜11が200℃で加熱処理された場合の第2酸化物膜12は、p型の導電性を有するとともに、その導電率は約8.77×10−3S/cmであった。 First, as a result of analysis of electrical characteristics and conductivity, the second oxide film 12 when the first oxide film 11 is heat-treated at 50 ° C. has p-type conductivity and its conductivity. The rate was about 3.86 × 10 −3 S / cm. In addition, the second oxide film 12 when the first oxide film 11 is heated at 200 ° C. has p-type conductivity, and its conductivity is about 8.77 × 10 −3 S / cm. Met.

また、第1の実施形態における第1酸化物膜11が上述の2つの温度で加熱処理された場合の可視光透過率の分析も行われた。図4Cは、本実施形態における第1酸化物膜11が50℃で加熱処理された場合の第2酸化物膜の図4Bに相当するチャートである。また、図4Dは、本実施形態における第1酸化物膜11が200℃で加熱処理された場合の第2酸化物膜の図4Bに相当するチャートである。   In addition, the visible light transmittance was analyzed when the first oxide film 11 in the first embodiment was heat-treated at the above two temperatures. FIG. 4C is a chart corresponding to FIG. 4B of the second oxide film when the first oxide film 11 in this embodiment is heat-treated at 50 ° C. FIG. FIG. 4D is a chart corresponding to FIG. 4B of the second oxide film when the first oxide film 11 in this embodiment is heat-treated at 200 ° C.

図4Cに示すように、第1酸化物膜11が50℃で加熱処理された場合の第2酸化物膜の415nm以上800nm以下の波長の光線の透過率は60%以上であった。また、図4Dに示すように、第1酸化物膜11が200℃で加熱処理された場合の第2酸化物膜の370nm以上800nm以下の波長の光線の透過率は60%以上であった。さらに、後者について言えば、420nm以上800nm以下の波長の光線の透過率は70%以上であった。なお、本実施形態とは別に、第1酸化物膜11を、20℃乃至25℃において水素を含む雰囲気に曝露することによっても、本実施形態と第2酸化物膜12と同様の高い透過率が確認される。   As shown in FIG. 4C, the transmittance of light having a wavelength of 415 nm or more and 800 nm or less of the second oxide film when the first oxide film 11 was heat-treated at 50 ° C. was 60% or more. As shown in FIG. 4D, the transmittance of light having a wavelength of 370 nm or more and 800 nm or less of the second oxide film when the first oxide film 11 was heat-treated at 200 ° C. was 60% or more. Furthermore, regarding the latter, the transmittance of light having a wavelength of 420 nm or more and 800 nm or less was 70% or more. Separately from this embodiment, the same high transmittance as that of this embodiment and the second oxide film 12 can be obtained by exposing the first oxide film 11 to an atmosphere containing hydrogen at 20 ° C. to 25 ° C. Is confirmed.

従って、第1の実施形態及び第1の実施形態の変形例(1)の分析結果を考慮すれば、まず、第1酸化物11に対して特に加熱処理をしないこと、換言すれば、室温(代表的には、20℃乃至25℃)で利用することが透過率向上の観点で好ましいことが分かった。また、発明者らによる追加的な分析の結果を併せれば、第1酸化物膜11を0℃以上200℃以下において水素を含む雰囲気に曝露することも透過率向上の観点で好ましいことが分かった。なお、第1酸化物膜11が100℃以上200℃以下で加熱処理されることが透過率向上の観点でさらに好ましい。加えて、特に、100℃程度(誤差範囲が±3℃)の加熱処理が行われた場合は、さらにp型としての導電率が高められる点は特筆に値する。ところで、第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12におけるチタン(Ti)に対するアンチモン(Sb)の原子数比が、そのチタン(Ti)の原子数を1とした場合に、そのアンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下であれば、上述の透過率の効果と同様の効果が奏されうる。   Therefore, considering the analysis results of the first embodiment and the modification (1) of the first embodiment, first, the first oxide 11 is not particularly heat-treated, in other words, the room temperature ( It was found that use at 20 ° C. to 25 ° C. is preferable from the viewpoint of improving transmittance. In addition, when the results of additional analysis by the inventors are combined, it is found that exposure of the first oxide film 11 to an atmosphere containing hydrogen at 0 ° C. or more and 200 ° C. or less is also preferable from the viewpoint of improving transmittance. It was. The first oxide film 11 is more preferably heat-treated at 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower from the viewpoint of improving transmittance. In addition, in particular, when the heat treatment is performed at about 100 ° C. (error range is ± 3 ° C.), it is worthy of special mention that the conductivity of the p-type can be further increased. By the way, when the atomic ratio of antimony (Sb) to titanium (Ti) in the first oxide film 11 and the second oxide film 12 is 1, the antimony (Sb) If the number of atoms is 0.08 or more and 0.18 or less, the same effect as the above-described transmittance can be obtained.

また、第1の実施形態における第1酸化物膜11が上述の2つの温度で加熱処理された場合のXRD分析も行われた。その結果、50℃及び200℃のいずれについても、本実施形態の結果と同様に、XRD分析では検出できない微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であると考えられる。なお、代表的に、200℃の条件下で2時間加熱処理された場合の第2酸化物膜のXRD分析結果のチャートを図5に示す。   In addition, XRD analysis was performed when the first oxide film 11 in the first embodiment was heat-treated at the two temperatures described above. As a result, both 50 ° C. and 200 ° C. are considered to be an aggregate of microcrystals that cannot be detected by XRD analysis, an amorphous state including microcrystals, or an amorphous state, similar to the result of the present embodiment. Note that a chart of an XRD analysis result of the second oxide film when the heat treatment is performed for 2 hours under a condition of 200 ° C. is typically shown in FIG.

なお、本実施形態とは別に、第1の実施形態における第1酸化物膜11が500℃で加熱処理された場合のXRD分析も比較例として行われた。その結果、図6に示すように、第1酸化物膜11が500℃で加熱されると、アナタース相の二酸化チタン(TiO)の結晶構造の回折ピーク(図6における参考データを参照)とほぼ一致している。従って、第1酸化物膜11を500℃下で加熱処理を行うことによって、結晶化が進むことが明らかとなった。 Separately from this embodiment, an XRD analysis in the case where the first oxide film 11 in the first embodiment is heat-treated at 500 ° C. was also performed as a comparative example. As a result, as shown in FIG. 6, when the first oxide film 11 is heated at 500 ° C., the diffraction peak of the crystal structure of anatase phase titanium dioxide (TiO 2 ) (see the reference data in FIG. 6) It almost matches. Therefore, it has been clarified that the crystallization proceeds when the first oxide film 11 is heated at 500 ° C.

<第2の実施形態>
本実施形態では、第1の実施形態の第1酸化物膜11を形成するための酸化物焼結体の出発材としての、二酸化チタン(TiO)と、五酸化アンチモン(Sb)とが、化学量論比においてチタン(Ti)が1に対して、アンチモン(Sb)が約0.087となるように混合された。また、第2酸化物膜12を形成するための第1酸化物膜11の加熱温度が200℃であった。それら以外は、第1の実施形態の各プロセスと同様である。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Second Embodiment>
In the present embodiment, titanium dioxide (TiO 2 ) and antimony pentoxide (Sb 2 O 5 ) are used as starting materials for an oxide sintered body for forming the first oxide film 11 of the first embodiment. Are mixed so that the stoichiometric ratio of titanium (Ti) is 1 and antimony (Sb) is about 0.087. The heating temperature of the first oxide film 11 for forming the second oxide film 12 was 200 ° C. Other than these, the process is the same as that of the first embodiment. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment may be abbreviate | omitted.

その後、第1の実施形態と同様に、錠剤成形機による圧縮成形工程、及び焼成工程を経て酸化物焼結体が製造される。本実施形態の酸化物焼結体の相対密度は約85%である。また、その酸化物焼結体のXRD分析の結果、上述の酸化物焼結体が(Ti0.92Sb0.08)Oのルチル構造を有していることが分かった。 Thereafter, similarly to the first embodiment, an oxide sintered body is manufactured through a compression molding process and a firing process by a tablet molding machine. The relative density of the oxide sintered body of the present embodiment is about 85%. As a result of XRD analysis of the oxide sintered body, it was found that the oxide sintered body had a rutile structure of (Ti 0.92 Sb 0.08 ) O 2 .

その後、第1の実施形態と同様に、図1に示すパルスレーザー蒸着装置20を用いて第1酸化物膜が基板10上に製造された。また、上述の(Ti0.92Sb0.08)Oのルチル構造を有する酸化物焼結体がターゲット30として採用された。 Thereafter, similarly to the first embodiment, a first oxide film was manufactured on the substrate 10 using the pulse laser deposition apparatus 20 shown in FIG. The oxide sintered body having the rutile structure of (Ti 0.92 Sb 0.08 ) O 2 described above was employed as the target 30.

さらに、第1酸化物膜11の形成後、約1%の水素(H)ガス雰囲気となっているチャンバー内において、基板10上の第1酸化物膜11が、200℃の条件下で2時間加熱処理(アニール処理)された。この加熱処理の結果、図2Bに示すように、基板10上に第2酸化物膜12が得られた。 Further, after the formation of the first oxide film 11, the first oxide film 11 on the substrate 10 is 2 under the condition of 200 ° C. in a chamber having a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere of about 1%. Heat treatment (annealing treatment) was performed for a time. As a result of this heat treatment, a second oxide film 12 was obtained on the substrate 10 as shown in FIG. 2B.

ここで、本実施形態において得られた第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の表面が、原子間力顕微鏡を用いて観察された。その結果、第1酸化物膜11は、非常に平坦な膜であった。一方、第2酸化物膜12についても平坦な膜であった。また、第2酸化物膜12の膜厚を測定した結果、その膜厚は、約700nmであった。   Here, the surfaces of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 obtained in the present embodiment were observed using an atomic force microscope. As a result, the first oxide film 11 was a very flat film. On the other hand, the second oxide film 12 was also a flat film. Moreover, as a result of measuring the film thickness of the second oxide film 12, the film thickness was about 700 nm.

また、発明者らは、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の結晶状態をXRD(X線回折)により分析した。その結果、図7に示すように、第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12は、いずれも20°乃至30°において、アモルファスに由来すると考えられるハローピーク以外のピークは観察されなかった。従って、本実施形態の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12も、第1の実施形態と同様に、いずれもXRD分析では検出できない微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であると考えられる。   In addition, the inventors analyzed the crystal state of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 described above by XRD (X-ray diffraction). As a result, as shown in FIG. 7, in the first oxide film 11 and the second oxide film 12, no peaks other than the halo peak considered to be derived from amorphous were observed at 20 ° to 30 °. . Therefore, the first oxide film 11 and the second oxide film 12 of the present embodiment are also the same as in the first embodiment, both of an aggregate of microcrystals that cannot be detected by XRD analysis, an amorphous state including microcrystals, Or it is considered to be amorphous.

また、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の電気特性及び導電率が分析された。その結果、本実施形態の第1酸化物膜11はp型の導電性を有するとともに、その導電率は、約6.13×10−3S/cmであった。また、本実施形態の第2酸化物膜12はp型の導電性を有するとともに、その導電率は、約3.94×10−3S/cmであった。 In addition, the electrical characteristics and conductivity of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 described above were analyzed. As a result, the first oxide film 11 of the present embodiment has p-type conductivity, and its conductivity is about 6.13 × 10 −3 S / cm. Further, the second oxide film 12 of the present embodiment has p-type conductivity, and the conductivity thereof is about 3.94 × 10 −3 S / cm.

また、上述の第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の可視光透過率も分析された。その結果、本実施形態の場合も、第1の実施形態の結果と同様に、高い透過率(例えば、400nm以上800nm以下の波長において60%以上)が得られることが確認された。   In addition, the visible light transmittance of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 was also analyzed. As a result, it was confirmed that high transmittance (for example, 60% or more at a wavelength of 400 nm or more and 800 nm or less) can be obtained in the present embodiment as well as the result of the first embodiment.

ところで、上述の各実施形態では、パルスレーザー蒸着装置20を用いて第1酸化物膜11が製造されているが、第1酸化物膜11の製造方法はこれに限定されない。例えば、RFスパッタ法、マグネトロンスパッタ法に代表される物理的気相成長法(PVD法)が適用され得る。   By the way, in each above-mentioned embodiment, although the 1st oxide film 11 is manufactured using the pulse laser vapor deposition apparatus 20, the manufacturing method of the 1st oxide film 11 is not limited to this. For example, a physical vapor deposition method (PVD method) represented by an RF sputtering method or a magnetron sputtering method can be applied.

また、上述の各実施形態で製造された第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の組成比は、少なくともチタン(Ti)に対するアンチモン(Sb)の原子数比については、いずれもターゲット30として用いられた酸化物焼結体の組成比をほぼ反映したものであるといえる。そこで、第1酸化物膜11及び第2酸化物膜12の膜中のチタン(Ti)に対するアンチモン(Sb)の原子数比が、そのチタン(Ti)の原子数を1とした場合に、そのアンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下であれば、p型の導電性を取得する、あるいは高い可視光透過率が得られるという観点で好ましいといえる。   In addition, the composition ratio of the first oxide film 11 and the second oxide film 12 manufactured in each of the above-described embodiments is at least about the atomic ratio of antimony (Sb) to titanium (Ti). It can be said that it almost reflects the composition ratio of the oxide sintered body used. Therefore, when the atomic ratio of antimony (Sb) to titanium (Ti) in the first oxide film 11 and the second oxide film 12 is 1, the number of titanium (Ti) atoms is 1. If the number of atoms of antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less, it can be said that it is preferable from the viewpoint of obtaining p-type conductivity or obtaining high visible light transmittance.

また、上述の各実施形態では、パルスレーザー蒸着装置20を用いて第1酸化物膜11を製造する際のステージ27内部のヒーターの温度が100℃に設定されたが、この温度は、100℃は限定されない。例えば、平坦性の高い第1酸化物膜11を得るためには、ステージ27内部のヒーターの設定温度を0℃以上100℃以下にすることが好ましい。   Further, in each of the above-described embodiments, the temperature of the heater inside the stage 27 when the first oxide film 11 is manufactured using the pulse laser deposition apparatus 20 is set to 100 ° C., but this temperature is 100 ° C. Is not limited. For example, in order to obtain the first oxide film 11 with high flatness, it is preferable that the set temperature of the heater inside the stage 27 is 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.

また、上述の各実施形態では、第1酸化物膜11又は第2酸化物膜12を製造するためのターゲット30として、酸化物焼結体が酸化物から製造されているが、水酸化物(例えば、水酸化銅)や、硝酸塩(例えば、硝酸銅)や、炭酸塩や、シュウ酸塩から酸化物焼結体が製造されてもよい。   Moreover, in each above-mentioned embodiment, although the oxide sintered compact is manufactured from the oxide as the target 30 for manufacturing the 1st oxide film 11 or the 2nd oxide film 12, hydroxide ( For example, the oxide sintered body may be manufactured from copper hydroxide), nitrate (for example, copper nitrate), carbonate, or oxalate.

以上、述べたとおり、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。   As described above, modifications that exist within the scope of the present invention including other combinations of the embodiments are also included in the scope of the claims.

本発明は、p型の導電性を有する酸化物膜、あるいはp型の導電性を有する透明導電膜として広範に利用され得る。   The present invention can be widely used as an oxide film having p-type conductivity or a transparent conductive film having p-type conductivity.

Claims (9)

チタン(Ti)とアンチモン(Sb)とからなる酸化物の膜(不可避不純物を含み得る)であって、前記チタン(Ti)に対するアンチモン(Sb)の原子数比が、チタン(Ti)の原子数を1とした場合に前記アンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下であり、かつ
微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であるとともにp型の導電性を有する
酸化物膜。
An oxide film composed of titanium (Ti) and antimony (Sb) (which may contain inevitable impurities), wherein the atomic ratio of antimony (Sb) to titanium (Ti) is the number of atoms of titanium (Ti) Is 1 and the number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less, and an aggregate of microcrystals, an amorphous state including microcrystals, or an amorphous state and p-type conductivity Oxide film.
400nm以上780nm以下の波長の光線を60%以上透過する
請求項1に記載の酸化物膜。
The oxide film according to claim 1, which transmits light having a wavelength of 400 nm or more and 780 nm or less by 60% or more.
チタン(Ti)とアンチモン(Sb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)のターゲットの構成原子を飛散させることにより、基板上に微結晶の集合体、微結晶を含むアモルファス状、又はアモルファス状であってp型の導電性を有する第1酸化物膜を形成する工程を含む
酸化物膜の製造方法。
Aggregates of microcrystals on the substrate, amorphous containing microcrystals, or amorphous by scattering target atoms of oxide (which may contain inevitable impurities) composed of titanium (Ti) and antimony (Sb) Forming a first oxide film having a p-type conductivity and a method for producing an oxide film.
前記第1酸化物膜を、0℃以上200℃以下において、還元性のガスを含む雰囲気に曝露することにより第2酸化物膜を形成する工程とを含む
請求項3に記載の酸化物膜の製造方法。
The oxide film according to claim 3, further comprising: forming a second oxide film by exposing the first oxide film to an atmosphere containing a reducing gas at 0 ° C. or more and 200 ° C. or less. Production method.
第1酸化物膜を形成するときの前記基板の温度が0℃以上100℃以下である
請求項3又は請求項4に記載の酸化物膜の製造方法。
The manufacturing method of the oxide film of Claim 3 or Claim 4 whose temperature of the said board | substrate when forming a 1st oxide film is 0 degreeC or more and 100 degrees C or less.
前記ターゲットの構成原子を、スパッタリング又はパルスレーザーの照射により飛散させることにより前記第1酸化物膜を形成する
請求項3又は請求項4に記載の酸化物膜の製造方法。
The method for producing an oxide film according to claim 3 or 4, wherein the first oxide film is formed by scattering the constituent atoms of the target by sputtering or pulse laser irradiation.
チタン(Ti)とアンチモン(Sb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)であって、
前記チタン(Ti)に対する前記アンチモン(Sb)の原子数比が、前記チタン(Ti)の原子数を1とした場合に前記アンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下
ターゲット。
An oxide composed of titanium (Ti) and antimony (Sb) (which may contain inevitable impurities),
The number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less when the ratio of the number of the antimony (Sb) to the titanium (Ti) is 1 when the number of atoms of the titanium (Ti) is 1.
前記ターゲットが、焼結されたものであって、相対密度が75%以上である
請求項7に記載のターゲット。
The target according to claim 7, wherein the target is sintered and has a relative density of 75% or more.
アンチモン(Sb)の酸化物(不可避不純物を含み得る)とチタン(Ti)の酸化物(不可避不純物を含み得る)とを、前記チタン(Ti)に対する前記アンチモン(Sb)の原子数比が、前記チタン(Ti)の原子数を1とした場合に前記アンチモン(Sb)の原子数が0.08以上0.18以下となる割合で混合することにより混合物を得る混合工程と、
前記混合物を圧縮成形することにより成形体を得る成形工程と、
前記成形体を加熱することによって焼結させる焼結工程とを含む
酸化物焼結体の製造方法。
An antimony (Sb) oxide (which may contain unavoidable impurities) and a titanium (Ti) oxide (which may contain unavoidable impurities) have an atomic ratio of the antimony (Sb) to the titanium (Ti). A mixing step of obtaining a mixture by mixing in a proportion that the number of atoms of the antimony (Sb) is 0.08 or more and 0.18 or less when the number of atoms of titanium (Ti) is 1.
A molding step of obtaining a molded body by compression molding the mixture;
And a sintering step of sintering the molded body by heating.
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