JP2012089437A - Method for forming transparent conductive film - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a transparent conductive film on a glass substrate by deposition at or near atmospheric pressure, the transparent conductive film being excellent in conductivity and transparency and mainly composed of titanium oxide.SOLUTION: A method for forming a transparent conductive film, which comprises titanium oxide doped with niobium, on a glass substrate, comprises: a step of forming a film comprising titanium oxide doped with niobium on a glass substrate by spraying an organic niobium compound and an organic titanium compound as gas or minute droplets on the glass substrate at a temperature of 450°C or more at or near atmospheric pressure; and a step of cooling the formed film in an atmosphere, where an oxidizing gas concentration is 10 vol% or less and a reducing gas concentration is 4 vol% or less, until the temperature of the glass substrate decreases to 350°C or less. In the method, the steps are performed in this order.

Description

本発明は、透明導電膜の形成方法に関する。より具体的には、ニオブがドープされた酸化チタンからなる透明導電膜をガラス基板上に形成する方法に関する。
本発明の方法により形成される透明導電膜は、導電性および透明性に優れており、太陽電池基板、タッチパネル基板、フラットパネルディスプレイ基板など透明導電膜を使用する部材に利用される。
The present invention relates to a method for forming a transparent conductive film. More specifically, the present invention relates to a method for forming a transparent conductive film made of niobium-doped titanium oxide on a glass substrate.
The transparent conductive film formed by the method of the present invention is excellent in conductivity and transparency, and is used for a member using a transparent conductive film such as a solar cell substrate, a touch panel substrate, and a flat panel display substrate.

透明導電膜としては、従来、インジウムをドープした酸化錫(ITO)膜が使われてきたが、フラットパネルディスプレイ基板等の需要の拡大から、稀少金属であるインジウムの枯渇が懸念されている。
これに対し、ニオブをドープした酸化チタン(TNO:ニオブドープチタニア)膜は、ITO膜に近い導電性を有し、かつ、稀少金属を使用しないことからITO膜の代替候補として期待が集まっている(特許文献1)。
Conventionally, a tin oxide (ITO) film doped with indium has been used as the transparent conductive film. However, due to the growing demand for flat panel display substrates and the like, there is a concern about the depletion of indium, which is a rare metal.
On the other hand, titanium oxide doped with niobium (TNO: niobium doped titania) has conductivity close to that of an ITO film and does not use a rare metal. (Patent Document 1).

特許文献1に記載の方法では、塗布法を用いてTNO膜を形成しているが、良好な導電性のニオブドープチタニア(TNO)膜の成膜は、例えば非特許文献1、特許文献2に開示されているようにレーザーアブレーション法やスパッタリング法などの真空プロセスを用いるのが一般的である。   In the method described in Patent Document 1, a TNO film is formed using a coating method. For example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 describe how to form a good conductive niobium-doped titania (TNO) film. As disclosed, it is common to use a vacuum process such as laser ablation or sputtering.

成膜コストの面からは、大気圧またはその近傍の圧力下、プラズマを伴わないCVDでTNO膜を成膜することが望まれている。しかしながら、大気圧またはその近傍の圧力下で成膜された膜のシート抵抗が高く、良好な導電性の膜を得られない問題があった。   From the viewpoint of film formation cost, it is desired to form a TNO film by CVD without plasma under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. However, there is a problem that a film formed under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof has a high sheet resistance, and a good conductive film cannot be obtained.

特許文献3には、酸化チタンを主成分とし、透明性及び導電性に優れた透明導電膜の形成方法が開示されている。特許文献3に記載の方法における酸化チタンを主成分とする透明導電膜は、ドーパントを有する酸化チタンを主成分とする薄膜であり、ドーパントとしては、低抵抗の透明導電膜が形成できることから、ニオブ(Nb)が好ましいとされている。
特許文献3には、透明樹脂製の基板上に、酸化チタンを主成分とする透明導電膜を形成するため、低温環境下で原料の反応にプラズマを用いる大気圧プラズマCVD法を用いることが好ましいとされている。
特許文献3に記載の方法では、基板上に酸化チタンを主成分とする透明導電膜を形成した後、後処理として、水素ガスまたは水蒸気を含むプラズマ状態のガス雰囲気下で熱処理を実施することにより、光透過性能、抵抗性能に優れた透明導電膜を形成している。
Patent Document 3 discloses a method for forming a transparent conductive film having titanium oxide as a main component and excellent in transparency and conductivity. The transparent conductive film mainly composed of titanium oxide in the method described in Patent Document 3 is a thin film mainly composed of titanium oxide having a dopant, and as the dopant, a low-resistance transparent conductive film can be formed. (Nb) is preferred.
In Patent Document 3, in order to form a transparent conductive film mainly composed of titanium oxide on a transparent resin substrate, it is preferable to use an atmospheric pressure plasma CVD method in which plasma is used for reaction of raw materials in a low temperature environment. It is said that.
In the method described in Patent Document 3, a transparent conductive film mainly composed of titanium oxide is formed on a substrate, and then heat treatment is performed as a post-treatment in a plasma gas atmosphere containing hydrogen gas or water vapor. A transparent conductive film excellent in light transmission performance and resistance performance is formed.

一杉太郎、“二酸化チタン透明導電材料のフロンティア”応用物理11月号(2008)1319.Taro Issugi, “Frontier of Titanium Dioxide Transparent Conductive Material” Applied Physics November (2008) 1319.

特開2009−135096号公報JP 2009-1335096 A 国際公開WO2009−119273号International Publication No. WO2009-119273 国際公開WO2008−044474号International Publication WO2008-044474

上述したように、特許文献3に記載の方法は、透明樹脂製の基板上に透明導電膜を形成するため、低温環境下で成膜可能な大気圧プラズマCVD法の使用が好ましいとされている。
しかしながら、透明導電膜上にデバイス素子を形成する場合、基板温度を200〜300℃程度に加熱して半導体素子を成膜するプロセスが用いられることがあり、基板として高い耐熱性を要求されるため、透明導電膜を形成する基材として、ガラス基板の使用が求められる場合がある。
本願発明者らは、ガラス基板上にTNO膜を形成するのに、特許文献3に記載の方法を適用した場合、以下に述べるような問題があることを見出した。
As described above, since the method described in Patent Document 3 forms a transparent conductive film on a transparent resin substrate, it is considered preferable to use an atmospheric pressure plasma CVD method capable of forming a film in a low temperature environment. .
However, when a device element is formed on a transparent conductive film, a process of forming a semiconductor element by heating the substrate temperature to about 200 to 300 ° C. may be used, and high heat resistance is required for the substrate. In some cases, it is required to use a glass substrate as a base material for forming the transparent conductive film.
The inventors of the present application have found that when the method described in Patent Document 3 is applied to form a TNO film on a glass substrate, there are the following problems.

特許文献1に記載されているように、TNO膜を透明導電膜として用いる場合、該TNO膜の結晶相がアナターゼ相であり、該結晶相中に酸素欠陥が存在することが導電性の観点から好ましい。
特許文献3に記載の方法では、透明樹脂製の基板上に、酸化チタンを主成分とする透明導電膜を形成するため、低温環境下で成膜可能な大気圧プラズマCVD法を用いることが好ましいとされているが、結晶相がアナターゼ相であるTNO膜を形成するためには、プラズマ中で原料分子を分解することから、原料分子の気相反応が不可避であるため、膜の結晶性があまり高くならない。これに対して、透明導電膜を形成する基板を加熱し、該加熱した基板に原料分子を気体として、または、微小液滴として吹き付けることによって、原料分子を分解する熱CVD法のほうが、原料分子の気相反応が少なく、膜の結晶性が高くなることから好ましい。
As described in Patent Document 1, when a TNO film is used as a transparent conductive film, the crystalline phase of the TNO film is an anatase phase, and oxygen defects are present in the crystalline phase from the viewpoint of conductivity. preferable.
In the method described in Patent Document 3, it is preferable to use an atmospheric pressure plasma CVD method capable of forming a film in a low temperature environment in order to form a transparent conductive film mainly composed of titanium oxide on a transparent resin substrate. However, in order to form a TNO film whose crystal phase is an anatase phase, since the raw material molecules are decomposed in plasma, the gas phase reaction of the raw material molecules is inevitable. Not too high. On the other hand, the thermal CVD method in which the source molecules are decomposed by heating the substrate on which the transparent conductive film is formed and spraying the source molecules as gas or fine droplets on the heated substrate. This is preferable because the gas phase reaction is small and the crystallinity of the film is high.

但し、熱CVD法を用いて、ガラス基板上にTNO膜を形成する場合、工業的に実施可能な成膜速度でTNO膜を形成するためには、ガラス基板を450℃以上の高温に加熱する必要があると考えられる。
また、特許文献3に記載の方法では、透明樹脂製の基板上に、酸化チタンを主成分とする透明導電膜を形成するため、後処理における基材の温度が220℃以下であることが好ましいとされている。熱CVD法を用いてガラス基板上にTNO膜を形成する場合、熱CVD法の実施時において、ガラス基板を450℃以上の高温に加熱するため、後処理におけるガラス基板は、350℃以上とすることが好ましいと考えられる。
However, when a TNO film is formed on a glass substrate using a thermal CVD method, the glass substrate is heated to a high temperature of 450 ° C. or higher in order to form the TNO film at an industrially feasible film formation rate. It is considered necessary.
In the method described in Patent Document 3, a transparent conductive film mainly composed of titanium oxide is formed on a transparent resin substrate. Therefore, the temperature of the base material in post-processing is preferably 220 ° C. or lower. It is said that. When a TNO film is formed on a glass substrate using a thermal CVD method, the glass substrate is heated to a high temperature of 450 ° C. or higher when the thermal CVD method is performed. It is considered preferable.

しかしながら、熱CVD法を用いてガラス基板上にTNO膜を形成した後、特許文献3に記載の方法のように、水素ガスまたは水蒸気を含む雰囲気下で熱処理をした場合、熱処理後のTNO膜が導電性や透明性で劣ることを見出した。具体的には、水素ガスのような還元作用を有するガスを含む雰囲気下で熱処理した場合、熱処理後のTNO膜が透明性で劣ることを見出した。一方、水蒸気のような酸化作用を有するガスを含む雰囲気下で熱処理した場合、熱処理後のTNO膜が導電性で劣ることを見出した。
なお、特許文献3に記載の方法では、後処理における基材の温度が220℃以下と低いため、水蒸気が還元ガスとされている。しかし、熱CVD法を用いてガラス基板上にTNO膜を形成する場合、上述したように、後処理におけるガラス基板の温度は350℃以上となるため、水蒸気は酸化作用を有するガスとなる。
However, when a TNO film is formed on a glass substrate using a thermal CVD method and then heat-treated in an atmosphere containing hydrogen gas or water vapor as in the method described in Patent Document 3, the TNO film after the heat treatment is It discovered that it was inferior in electroconductivity and transparency. Specifically, it has been found that when heat treatment is performed in an atmosphere containing a gas having a reducing action such as hydrogen gas, the TNO film after heat treatment is inferior in transparency. On the other hand, when the heat treatment was performed in an atmosphere containing a gas having an oxidizing action such as water vapor, the TNO film after the heat treatment was found to be inferior in conductivity.
In the method described in Patent Document 3, since the temperature of the base material in the post-processing is as low as 220 ° C. or lower, water vapor is used as the reducing gas. However, when a TNO film is formed on a glass substrate using a thermal CVD method, as described above, the temperature of the glass substrate in the post-processing is 350 ° C. or higher, so that water vapor becomes a gas having an oxidizing action.

上記した従来技術の問題点を解決するため、本発明は、大気圧またはその近傍の圧力下での成膜により、TNOからなり、導電性および透明性に優れた透明導電膜をガラス基板上に形成する方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention provides a transparent conductive film made of TNO and having excellent conductivity and transparency on a glass substrate by film formation under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. An object is to provide a method of forming.

上記した目的を達成するため、本発明は、大気圧またはその近傍の圧力において、有機ニオブ化合物および有機チタン化合物を、気体として、または、微小液滴として、450℃以上の温度のガラス基板に吹き付けることにより、ニオブがドープされた酸化チタンからなる膜を前記ガラス基板上に形成する工程、および、酸化性ガス濃度10vol%以下、かつ、還元性ガス濃度4vol%以下の雰囲気中で、前記ガラス基板の温度が350℃以下となるまで冷却する工程をこの順に実施することを特徴とする、ニオブがドープされた酸化チタンからなる透明導電膜をガラス基板に形成する方法(以下、「本発明の透明導電膜形成方法」と言う。)を提供する。   In order to achieve the above-described object, the present invention sprays an organic niobium compound and an organic titanium compound as a gas or as fine droplets onto a glass substrate having a temperature of 450 ° C. or higher at atmospheric pressure or in the vicinity thereof. And forming the film made of titanium oxide doped with niobium on the glass substrate, and the glass substrate in an atmosphere having an oxidizing gas concentration of 10 vol% or less and a reducing gas concentration of 4 vol% or less. The method of forming a transparent conductive film made of niobium-doped titanium oxide on a glass substrate (hereinafter referred to as “transparent of the present invention”). A conductive film forming method ”).

本発明の透明導電膜形成方法において、前記有機ニオブ化合物および有機チタン化合物とともに、沸点160℃以下のアルコール類を450℃以上の温度のガラス基板に吹き付けることが好ましい。   In the method for forming a transparent conductive film of the present invention, it is preferable to spray an alcohol having a boiling point of 160 ° C. or lower onto a glass substrate having a temperature of 450 ° C. or higher together with the organic niobium compound and the organic titanium compound.

本発明の透明導電膜形成方法において、前記有機ニオブ化合物および有機チタン化合物は、チタン原子に対するニオブ原子のモル比が0.005〜0.4となるように、前記450℃以上の温度のガラス基板に吹きつけられることが好ましい。より好ましいモル比の範囲は、0.05〜0.3である。   In the method for forming a transparent conductive film of the present invention, the organic niobium compound and the organic titanium compound are glass substrates having a temperature of 450 ° C. or higher so that the molar ratio of niobium atoms to titanium atoms is 0.005 to 0.4. It is preferable to be sprayed on. A more preferable range of the molar ratio is 0.05 to 0.3.

本発明の透明導電膜形成方法において、前記有機ニオブ化合物がニオブペンタエトキシドであることが好ましい。   In the transparent conductive film forming method of the present invention, the organic niobium compound is preferably niobium pentaethoxide.

本発明の透明導電膜形成方法において、前記有機チタン化合物がチタンテトライソポロポキシドであることが好ましい。   In the transparent conductive film forming method of the present invention, the organic titanium compound is preferably titanium tetraisoporopoxide.

本発明の透明導電膜形成方法において、ニオブがドープされた酸化チタンからなる膜を前記ガラス基板上に形成する工程を実施する雰囲気中の酸素濃度および水蒸気濃度が実質的に0vol%であることが好ましい。   In the method for forming a transparent conductive film of the present invention, the oxygen concentration and the water vapor concentration in the atmosphere in which the step of forming a film made of niobium-doped titanium oxide on the glass substrate is substantially 0 vol%. preferable.

また、本発明は、本発明の透明導電膜形成方法により得られる透明導電膜付ガラス基板を提供する。   Moreover, this invention provides the glass substrate with a transparent conductive film obtained by the transparent conductive film formation method of this invention.

本発明の方法によれば、ガラス基板上に、導電性および透明性に優れたTNOからなる透明導電膜を形成することができる。
本発明の方法は、大気圧またはその近傍の圧力下での成膜により透明導電膜を形成するため、真空プロセスによる成膜やプラズマを使用する成膜に比べて、操作が単純であり、かつ、成膜時にかかるコストを大幅に削減することができる。
本発明の方法に得られる透明導電膜付ガラス基板は、太陽電池基板、タッチパネル基板、フラットパネルディスプレイ基板など透明導電膜を使用する部材として好ましく用いたれる。
According to the method of the present invention, a transparent conductive film composed of TNO having excellent conductivity and transparency can be formed on a glass substrate.
In the method of the present invention, the transparent conductive film is formed by film formation under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. Therefore, the method is simpler than film formation by a vacuum process or film formation using plasma, and The cost for film formation can be greatly reduced.
The glass substrate with a transparent conductive film obtained by the method of the present invention is preferably used as a member using a transparent conductive film such as a solar cell substrate, a touch panel substrate, and a flat panel display substrate.

図1は、実施例1〜3、比較例1〜4で使用した成膜装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a film forming apparatus used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. 図2は、実施例4〜8で使用した成膜装置の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a film forming apparatus used in Examples 4 to 8.

以下、本発明の透明導電膜形成方法について説明する。
本発明の透明導電膜形成方法では、大気圧またはその近傍の圧力において、有機ニオブ化合物および有機チタン化合物を、気体として、または、微小液滴として、450℃以上の温度のガラス基板に吹き付けることにより、TNO膜をガラス基板上に形成する工程(TNO膜形成工程)、および、酸化性ガス濃度10vol%以下、かつ、還元性ガス濃度4vol%以下の雰囲気で、ガラス基板の温度が350℃以下となるまで冷却する工程(冷却工程)をこの順に実施することにより、TNOからなる透明導電膜をガラス基板に形成する。
なお、本発明でいう大気圧またはその近傍の圧力とは、20kPa〜110kPa程度であり、好ましくは93〜104kPa程度である。
Hereinafter, the transparent conductive film forming method of the present invention will be described.
In the method for forming a transparent conductive film of the present invention, an organic niobium compound and an organic titanium compound are sprayed on a glass substrate having a temperature of 450 ° C. or higher as a gas or as a fine droplet at atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. , A step of forming a TNO film on a glass substrate (TNO film forming step), and an atmosphere having an oxidizing gas concentration of 10 vol% or less and a reducing gas concentration of 4 vol% or less, the temperature of the glass substrate is 350 ° C. or less. A transparent conductive film made of TNO is formed on the glass substrate by performing the cooling process (cooling process) in this order in this order.
The atmospheric pressure or the pressure in the vicinity thereof in the present invention is about 20 kPa to 110 kPa, preferably about 93 to 104 kPa.

TNO膜の原料である有機ニオブ化合物および有機チタン化合物を、気体としてガラス基板に吹き付ける場合、これらの有機金属化合物原料(有機ニオブ化合物、有機チタン化合物)を気化したガスを、450℃以上の温度に加熱したガラス基板の透明導電膜を形成する面に吹き付ければよい。
これらの有機金属化合物原料を気化する方法に特に制限は無いが、有機金属化合物原料の入った容器に、搬送ガスとして、窒素ガスや、アルゴン等の希ガスを吹き込むことによって、有機金属化合物を気化するいわゆるバブリング法や、有機金属化合物を加熱した気化室に送ることで、有機金属化合物を直接気化させる方法などがある。
上記のいずれの方法においても、TNO膜の原料として用いる有機ニオブ化合物および有機チタン化合物は、予め混合したものを気化させても良く、それぞれの有機金属化合物を気化したガスを混合しても良い。
また、上述した有機金属化合物を直接気化させる方法では、有機金属化合物原料をエタノール、アセトン、イソプロピルアルコールなどの有機溶媒に溶解させたものを使用しても良い。
When the organic niobium compound and the organic titanium compound, which are raw materials of the TNO film, are sprayed on the glass substrate as gases, the gas obtained by vaporizing these organic metal compound raw materials (organic niobium compound, organic titanium compound) is heated to a temperature of 450 ° C. or higher. What is necessary is just to spray on the surface which forms the transparent conductive film of the heated glass substrate.
There is no particular limitation on the method for vaporizing these organometallic compound raw materials, but the organometallic compound is vaporized by blowing a nitrogen gas or a rare gas such as argon into the container containing the organometallic compound raw material as a carrier gas. There are a so-called bubbling method and a method of directly vaporizing the organometallic compound by sending the organometallic compound to a heated vaporizing chamber.
In any of the above methods, the organic niobium compound and the organic titanium compound used as the raw material of the TNO film may be vaporized in advance, or may be mixed with gas obtained by vaporizing the respective organic metal compounds.
Further, in the above-described method for directly vaporizing the organometallic compound, an organometallic compound raw material dissolved in an organic solvent such as ethanol, acetone, isopropyl alcohol, or the like may be used.

TNO膜の原料である有機ニオブ化合物および有機チタン化合物を、微小液滴としてガラス基板に吹き付ける場合、これらの有機金属化合物原料(有機ニオブ化合物、有機チタン化合物)を、スプレーノズルなどを用いて微少な液滴として、450℃以上の温度に加熱したガラス基板の透明導電膜を形成する面に吹き付ければよい。   When the organic niobium compound and the organic titanium compound, which are the raw materials of the TNO film, are sprayed on the glass substrate as fine droplets, these organic metal compound raw materials (organic niobium compound, organic titanium compound) are minutely dispersed using a spray nozzle or the like What is necessary is just to spray on the surface which forms the transparent conductive film of the glass substrate heated to the temperature of 450 degreeC or more as a droplet.

有機金属化合物原料を気体として、または、微小液滴として、ガラス基板に吹き付ける場合において、これらの気体、もしくは、微小液滴を、窒素ガスや、アルゴン等の希ガスで希釈した状態でガラス基板に吹き付けてもよい。   When the organometallic compound raw material is sprayed on the glass substrate as a gas or as fine droplets, these gases or the fine droplets are diluted with nitrogen gas or a rare gas such as argon on the glass substrate. You may spray.

TNO膜の原料である有機ニオブ化合物および有機チタン化合物は特に制限されないが、有機ニオブ化合物としてはニオブペンタエトキシド、有機チタン化合物としてはチタンテトライソポロポキシドが安価であることから好ましい。
本発明の透明導電膜形成方法では、TNO膜の原料として、有機金属化合物原料を使用する。このため、四塩化チタンや五塩化ニオブなどのハロゲン化金属といった無機金属化合物原料を使用する場合とは違い、酸化剤を使用することなしに、TNO膜を形成することができるため、TNO膜工程実施時、および、冷却工程実施時における雰囲気中のガス条件の制御が容易である。
The organic niobium compound and the organic titanium compound which are the raw materials for the TNO film are not particularly limited, but niobium pentaethoxide is preferable as the organic niobium compound, and titanium tetraisoporopoxide is preferable as the organic titanium compound.
In the transparent conductive film forming method of the present invention, an organometallic compound material is used as a material for the TNO film. Therefore, unlike the case of using an inorganic metal compound raw material such as a metal halide such as titanium tetrachloride or niobium pentachloride, a TNO film can be formed without using an oxidizing agent. It is easy to control the gas conditions in the atmosphere during execution and during the cooling process.

TNO膜の原料である有機ニオブ化合物および有機チタン化合物は、チタン原子に対するニオブ原子のモル比が0.005〜0.4となるようにガラス基板に吹き付けることが好ましい。チタン原子に対するニオブ原子のモル比が0.005未満の場合、形成されるTNO膜の導電性が劣る場合がある。一方、チタン原子に対するニオブ原子のモル比が0.4超の場合、形成されるTNO膜の透明性が劣化する場合がある。より好ましいモル比の範囲は、0.05〜0.3である。   The organic niobium compound and the organic titanium compound that are the raw materials of the TNO film are preferably sprayed onto the glass substrate so that the molar ratio of niobium atoms to titanium atoms is 0.005 to 0.4. When the molar ratio of niobium atoms to titanium atoms is less than 0.005, the conductivity of the formed TNO film may be inferior. On the other hand, when the molar ratio of niobium atoms to titanium atoms exceeds 0.4, the transparency of the formed TNO film may deteriorate. A more preferable range of the molar ratio is 0.05 to 0.3.

また、有機金属化合物原料とともに、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールなどの沸点160℃以下(炭素数6以下)のアルコール類を、気体として、または、微小液滴として、450℃以上の温度に加熱されたガラス基板に吹き付けた場合、有機金属化合物原料の気相分解による粉発生を抑制する傾向があるので好ましい。
有機金属化合物原料とともに、これらのアルコール類をガラス基板に吹き付ける場合、アルコール類の量は、有機金属化合物原料に対するモル比で1.0以上であることが好ましく、5.0以上であることがより好ましい。有機金属化合物原料に対するモル比を大きくするほど、有機金属化合物原料の気相分解による粉発生が抑制されるためである。
上記の目的で用いるアルコール類は、エタノールが安全性の面から好ましい。
In addition to the organic metal compound raw material, alcohols having a boiling point of 160 ° C. or less (carbon number of 6 or less) such as ethanol, methanol, isopropyl alcohol, etc. were heated to a temperature of 450 ° C. or more as gas or as fine droplets. When sprayed on a glass substrate, it is preferable because it tends to suppress powder generation due to vapor phase decomposition of the organometallic compound raw material.
When these alcohols are sprayed on the glass substrate together with the organometallic compound raw material, the amount of the alcohol is preferably 1.0 or more and more preferably 5.0 or more in a molar ratio with respect to the organometallic compound raw material. preferable. This is because as the molar ratio with respect to the organometallic compound raw material is increased, the generation of powder due to vapor phase decomposition of the organometallic compound raw material is suppressed.
The alcohol used for the above purpose is preferably ethanol from the viewpoint of safety.

これらのアルコール類を、気体としてガラス基板に吹き付ける場合、上述した有機金属化合物を直接気化させる方法において、有機金属化合物原料をアルコール類に溶解させたものを使用すればよく、また、有機金属化合物原料と別に気化させたアルコール類を成膜室内導入前または成膜室内で混合してもよい。
また、これらのアルコール類を、微小液滴としてガラス基板に吹き付ける場合、有機金属化合物原料をアルコール類に溶解させたものを、スプレーノズルなどを用いてガラス基板に吹き付ければよい。
When these alcohols are sprayed on a glass substrate as a gas, in the method for directly vaporizing the organometallic compound described above, an organometallic compound raw material dissolved in an alcohol may be used. Alternatively, vaporized alcohol may be mixed before introduction into the film formation chamber or in the film formation chamber.
When these alcohols are sprayed on the glass substrate as fine droplets, an organic metal compound raw material dissolved in the alcohol may be sprayed onto the glass substrate using a spray nozzle or the like.

TNO膜形成工程を実施する雰囲気中の酸素濃度や水蒸気濃度が高いほど有機金属化合物原料の気相分解による粉発生の度合いが大きくなるため、雰囲気中の酸素濃度および水蒸気濃度は低いことが望ましい。具体的には、雰囲気中の酸素濃度および水蒸気濃度は、それぞれ10vol%以下であることが好ましく、4vol%以下であることがより好ましく、実質的に0vol%であることがさらに好ましい。   The higher the oxygen concentration and the water vapor concentration in the atmosphere in which the TNO film forming step is performed, the greater the degree of powder generation due to the vapor phase decomposition of the organometallic compound raw material, so the oxygen concentration and water vapor concentration in the atmosphere are preferably low. Specifically, the oxygen concentration and the water vapor concentration in the atmosphere are each preferably 10 vol% or less, more preferably 4 vol% or less, and still more preferably 0 vol%.

本発明の透明導電膜形成方法では、有機金属化合物を吹き付ける際のガラス基板の温度は450℃以上であることが求められる。ガラス基板の温度が450℃未満だと、TNO膜の原料である有機金属化合物の分解速度が遅く、十分な成膜速度が得られないためである。なお、TNO膜の成膜速度は、5nm/min以上であることが、工業的に実施可能な成膜速度であることから好ましく、10nm/min以上であることがより好ましく、25nm/min以上であることがさらに好ましい。
上記の理由から、有機金属化合物を吹き付ける際のガラス基板の温度は500℃以上であることが好ましく、530℃以上であることがより好ましい。
一方、有機金属化合物を吹き付ける際のガラス基板の温度の上限は特にないが、ガラス基板の温度をあまり高くすると、有機金属化合物原料の気相分解が起こり、TNO膜の成膜速度が低下するおそれがあるため、有機金属化合物を吹き付ける際のガラス基板の温度は700℃以下であることが好ましい。
TNO膜の導電性は、結晶相中に発生した酸素欠損により発現する。結晶相中に存在する酸素欠陥が多いほど、TNO膜の導電性が高くなる傾向がある。上記の形成方法によってTNO膜には酸素欠陥が形成される。
In the transparent conductive film formation method of this invention, it is calculated | required that the temperature of the glass substrate at the time of spraying an organometallic compound is 450 degreeC or more. This is because if the temperature of the glass substrate is lower than 450 ° C., the decomposition rate of the organometallic compound that is the raw material of the TNO film is slow, and a sufficient film formation rate cannot be obtained. The film formation rate of the TNO film is preferably 5 nm / min or more, because it is an industrially feasible film formation rate, more preferably 10 nm / min or more, and more preferably 25 nm / min or more. More preferably it is.
For the above reasons, the temperature of the glass substrate when spraying the organometallic compound is preferably 500 ° C. or higher, and more preferably 530 ° C. or higher.
On the other hand, there is no particular upper limit on the temperature of the glass substrate when spraying the organometallic compound, but if the temperature of the glass substrate is too high, vapor phase decomposition of the organometallic compound raw material may occur and the deposition rate of the TNO film may be reduced. Therefore, the temperature of the glass substrate when the organometallic compound is sprayed is preferably 700 ° C. or lower.
The conductivity of the TNO film is expressed by oxygen vacancies generated in the crystal phase. As the number of oxygen defects present in the crystal phase increases, the conductivity of the TNO film tends to increase. Oxygen defects are formed in the TNO film by the above formation method.

本発明の透明導電膜形成方法では、TNO膜形成工程を実施した後、酸化性ガス濃度10vol%以下、かつ、還元性ガス濃度4vol%以下の雰囲気中でガラス基板の温度が350℃以下となるまで冷却する。この手順を実施することで、成膜時に形成された酸素欠陥が取り出し時にも維持されており良好な導電性を得ることができる。   In the transparent conductive film forming method of the present invention, after performing the TNO film forming step, the temperature of the glass substrate becomes 350 ° C. or lower in an atmosphere having an oxidizing gas concentration of 10 vol% or less and a reducing gas concentration of 4 vol% or less. Allow to cool. By performing this procedure, oxygen defects formed at the time of film formation are maintained even at the time of taking out, and good conductivity can be obtained.

冷却工程の実施時、雰囲気中の酸化性ガス濃度が10vol%以下であることが求められる。ここで言う酸化性ガスとは、酸化作用を有するガスを広く含み、酸素、水蒸気、二酸化炭素、硝酸、過酸化水素、オゾン、一酸化二窒素等が該当する。
冷却工程の実施時、雰囲気中の酸化性ガス濃度が10vol%超だと、成膜時に形成されたTNO膜内の酸素欠陥が酸化性ガスの膜中への浸透作用により酸化されてしまうため、TNO膜の比抵抗の上昇が顕著であり、良好な導電性の膜が得られない。
なお、冷却工程実施後のTNO膜の比抵抗は100Ωcm以下であることが好ましい。TNO膜の比抵抗が100Ωcm超だと、十分な導電性をもつTNO膜とするために、該TNO膜の膜厚を厚くする必要があり、成膜コストが増加するためである。TNO膜の比抵抗の下限値は特になく、10Ωcm以下であることがより好ましく、1Ωcm以下であることが更に好ましい。
上記の理由から、冷却工程の実施時の雰囲気中の酸化性ガス濃度は5vol%以下であることが好ましい。
When carrying out the cooling step, the oxidizing gas concentration in the atmosphere is required to be 10 vol% or less. The oxidizing gas mentioned here includes a wide range of gases having an oxidizing action, and corresponds to oxygen, water vapor, carbon dioxide, nitric acid, hydrogen peroxide, ozone, dinitrogen monoxide, and the like.
If the oxidizing gas concentration in the atmosphere exceeds 10 vol% during the cooling step, oxygen defects in the TNO film formed during film formation are oxidized by the permeation action of the oxidizing gas into the film. The increase in specific resistance of the TNO film is remarkable, and a good conductive film cannot be obtained.
The specific resistance of the TNO film after the cooling process is preferably 100 Ωcm or less. This is because if the specific resistance of the TNO film exceeds 100 Ωcm, it is necessary to increase the film thickness of the TNO film in order to obtain a TNO film having sufficient conductivity, thereby increasing the film formation cost. There is no particular lower limit value of the specific resistance of the TNO film, more preferably 10 Ωcm or less, still more preferably 1 Ωcm or less.
For the above reasons, the oxidizing gas concentration in the atmosphere during the cooling step is preferably 5 vol% or less.

冷却工程の実施時、雰囲気中の還元性ガス濃度が4vol%以下であることが求められる。ここで言う還元性ガスとは、還元作用を有するガスを広く含み、水素、一酸化炭素、あるいは、メタン、エタンなどの有機ガス等が該当する。
また、TNO膜形成工程において、有機金属化合物原料とともに沸点160℃以下(炭素数6以下)のアルコール類をガラス基板に吹き付けた場合、これらのアルコール類が気化したガスも還元性ガスとなるが、これらのアルコール類が気化したガスの濃度は、雰囲気中においてきわめて低いため、問題となることはない。
When carrying out the cooling step, the reducing gas concentration in the atmosphere is required to be 4 vol% or less. The reducing gas referred to here includes a wide variety of gases having a reducing action, and corresponds to hydrogen, carbon monoxide, or organic gases such as methane and ethane.
Further, in the TNO film forming step, when an alcohol having a boiling point of 160 ° C. or less (carbon number of 6 or less) is sprayed on the glass substrate together with the organic metal compound raw material, the gas obtained by vaporizing these alcohols also becomes a reducing gas. Since the concentration of the gas in which these alcohols are vaporized is extremely low in the atmosphere, there is no problem.

冷却工程の実施時、雰囲気中の還元性ガス濃度が4vol%以下であることが求められる理由は以下の通りである。   The reason why the reducing gas concentration in the atmosphere is required to be 4 vol% or less during the cooling step is as follows.

上述したように、冷却工程の実施によりTNO膜の導電性が向上するのは、結晶相中に発生した酸素欠損が酸化により減少するのを防いでいるためである。結晶相中に存在する酸素欠陥が多いほど、TNO膜の導電性が高くなる傾向がある。
従来技術によれば、結晶相中により多くの酸素欠陥を生じさせるためには、還元雰囲気下にて冷却工程を実施することが好ましいと考えられる。
特許文献1に記載の方法では、還元雰囲気にて加熱によるアニール処理をすることによって、該TNO膜がアモルファス相からアナターゼ相へと結晶転移するとともに、結晶相中に酸素欠損を生じさせている。特許文献3に記載の方法でも、後処理として、プラズマ状態の還元ガス雰囲気下で熱処理を実施することによって、透明導電膜中に適量の酸素欠損量を生じさせている。
As described above, the conductivity of the TNO film is improved by carrying out the cooling process because oxygen deficiency generated in the crystal phase is prevented from being reduced by oxidation. As the number of oxygen defects present in the crystal phase increases, the conductivity of the TNO film tends to increase.
According to the prior art, in order to generate more oxygen defects in the crystal phase, it is considered preferable to perform the cooling step in a reducing atmosphere.
In the method described in Patent Document 1, the TNO film undergoes a crystal transition from the amorphous phase to the anatase phase by performing an annealing process by heating in a reducing atmosphere, and oxygen vacancies are generated in the crystal phase. Even in the method described in Patent Document 3, an appropriate amount of oxygen deficiency is generated in the transparent conductive film by performing heat treatment in a reducing gas atmosphere in a plasma state as post-processing.

しかしながら、本願発明者らは、冷却工程の実施時において、雰囲気中の還元性ガス濃度が高くなると、具体的には、雰囲気中の還元性ガス濃度が4vol%超だと、冷却工程実施後のTNO膜において、可視光の波長域の光吸収が大きくなり、TNO膜の透明性が低下することを見出した。
冷却工程の実施時において、雰囲気中の還元性ガス濃度が4vol%以下であれば、冷却工程実施後のTNO膜において、可視光の波長域の光吸収が大きくなることがなく、TNO膜が透明性に優れている。
上記の理由から、冷却工程の実施時の雰囲気中の還元性ガス濃度は4vol%以下であることが好ましく、1vol%以下であることが好ましい。
However, the inventors of the present application, when the reducing gas concentration in the atmosphere is high at the time of performing the cooling step, specifically, if the reducing gas concentration in the atmosphere is more than 4 vol%, It has been found that in the TNO film, the absorption of light in the visible wavelength range increases, and the transparency of the TNO film decreases.
When the reducing gas concentration in the atmosphere is 4 vol% or less at the time of the cooling process, the TNO film after the cooling process does not increase the light absorption in the visible wavelength range, and the TNO film is transparent. Excellent in properties.
For the above reasons, the reducing gas concentration in the atmosphere during the cooling step is preferably 4 vol% or less, and preferably 1 vol% or less.

冷却工程を実施する雰囲気は、酸化性ガス濃度10vol%以下、かつ、還元性ガス濃度4vol%以下であることから、雰囲気の主たるガスは、窒素ガス、または、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスといった不活性ガスである。冷却工程を実施する雰囲気は、これら不活性ガス濃度が、90vol%以上であることが好ましく、95vol%以上であることがより好ましく、100vol%であることがさらに好ましい。   Since the atmosphere in which the cooling step is performed is an oxidizing gas concentration of 10 vol% or less and a reducing gas concentration of 4 vol% or less, the main gas in the atmosphere is nitrogen gas or a rare gas such as helium, neon, argon, etc. It is an inert gas. The atmosphere in which the cooling step is performed preferably has an inert gas concentration of 90 vol% or more, more preferably 95 vol% or more, and further preferably 100 vol%.

本発明の透明導電膜形成方法では、冷却工程を実施する雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度を所定の条件とするため、高濃度の不活性ガスを使用してもよいが、空気中に窒素ガスや、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスを混合することによって雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度を所定の条件とすることが、コスト面から好ましく、空気中に窒素ガスを混合することによって雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度を所定の条件とすることが特に好ましい。   In the transparent conductive film forming method of the present invention, an inert gas with a high concentration may be used in order to set the oxidizing gas concentration and the reducing gas concentration in the atmosphere in which the cooling step is performed to a predetermined condition. It is preferable from the viewpoint of cost that nitrogen gas or a rare gas such as helium, neon, or argon is mixed to set the oxidizing gas concentration and reducing gas concentration in the atmosphere to predetermined conditions. It is particularly preferable to set the oxidizing gas concentration and reducing gas concentration in the atmosphere to predetermined conditions by mixing gases.

本発明の透明導電膜形成方法において、雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度を上述した所定の条件に保持する必要があるのは、ガラス基板の温度が350℃以下となるまでであり、それ以降は、雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度が上述した所定の条件を満たしていなくてもよい。但し、ガラス基板の温度が300℃以下となるまで、雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度を上述した所定の条件に保持することが、TNO膜の導電性および透明性がより向上することから好ましく、ガラス基板の温度が250℃以下となるまで、雰囲気中の酸化性ガス濃度および還元性ガス濃度を上述した所定の条件に保持することがより好ましい。   In the method for forming a transparent conductive film of the present invention, the oxidizing gas concentration and the reducing gas concentration in the atmosphere must be maintained at the predetermined conditions described above until the temperature of the glass substrate becomes 350 ° C. or lower. Thereafter, the oxidizing gas concentration and the reducing gas concentration in the atmosphere may not satisfy the above-described predetermined conditions. However, maintaining the oxidizing gas concentration and the reducing gas concentration in the atmosphere at the above-described predetermined conditions until the temperature of the glass substrate becomes 300 ° C. or lower improves the conductivity and transparency of the TNO film. Therefore, it is more preferable to maintain the oxidizing gas concentration and the reducing gas concentration in the atmosphere under the predetermined conditions described above until the temperature of the glass substrate becomes 250 ° C. or lower.

本発明の透明導電膜形成方法において、TNO膜を形成するガラス基板は特に限定されない。したがって、材質や製法が異なる様々なガラス基板に本発明の透明導電膜形成方法を適用することができる。但し、フロート成形により得られるガラス基板に本発明の透明導電膜形成方法を適用した場合、フロート成形後の高温のガラス基板に対して、TNO膜形成工程、および、冷却工程をこの順に実施することで、TNO膜からなる透明導電膜をガラス基板上に形成するのに要するエネルギーを低減することができ、かつ、歩留りを向上させることができる。   In the transparent conductive film forming method of the present invention, the glass substrate on which the TNO film is formed is not particularly limited. Therefore, the transparent conductive film forming method of the present invention can be applied to various glass substrates having different materials and manufacturing methods. However, when the transparent conductive film forming method of the present invention is applied to a glass substrate obtained by float forming, the TNO film forming step and the cooling step are performed in this order on the high-temperature glass substrate after float forming. Thus, energy required for forming the transparent conductive film made of the TNO film on the glass substrate can be reduced, and the yield can be improved.

以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.

実施例1
本実施例では、以下に述べる手順でガラス基板上にTNOからなる透明導電膜を形成した。
本実施例では、図1に示す成膜装置を使用した。TNO膜の原料に関して、有機チタン化合物としてチタンテトライソポキシド(TTIP)を用い、有機ニオブ化合物としてニオブペンタエトキシド(PEN)を用いた。
チタンテトライソポキシドおよびニオブペンタエトキシドをそれぞれ所定量エタノール(EtOH)に溶解し、この溶液4を、気化器3を用いて気化させ、気化したガスを希釈窒素ガス5と共にCVDチャンバー1内にノズル6を通して供給した。ノズル6直下には電気ヒーター7で500℃に加熱したガラス基板2が設置されており、該ガラス基板2上にノズル6から供給されるガスを5分間吹き付け、ガラス基板2上にTNO膜を成膜した。成膜時の条件を下記表1に示した。
成膜後、電気ヒーター7を切り、窒素気流中でガラス基板2を冷却し、ガラス基板2の温度が300℃となった時点でCVDチャンバー1からガラス基板2を取り出した。冷却工程実施時における雰囲気中の酸化性ガス濃度を確認するため、排気管8から排出される排気ガス9中の酸素濃度を酸素濃度計で計測したところ、酸素濃度は5%であった。また、冷却工程実施時における雰囲気中の還元性ガス濃度を測定するため、排気管8から排出される排気ガス9中の水素濃度を水素濃度計で計測したところ、水素濃度は1ppm未満であった。
ガラス基板2上に形成されたTNO膜の一部を剥がし触針式段差計(DEKTAK)で膜厚を測定したところ80nmであった。また、TNO膜のシート抵抗を測定し比抵抗を計算したところ、7Ωcmであり、良好な導電性の膜が形成されたことが分かる。また、TNO膜形成工程および冷却工程を通じて、排気管トラップ(図示せず)では粉はほとんど観測されなかった。
Example 1
In this example, a transparent conductive film made of TNO was formed on a glass substrate by the procedure described below.
In this example, the film forming apparatus shown in FIG. 1 was used. Regarding the raw material of the TNO film, titanium tetraisooxide (TTIP) was used as the organic titanium compound, and niobium pentaethoxide (PEN) was used as the organic niobium compound.
Titanium tetraisopoxide and niobium pentaethoxide are each dissolved in a predetermined amount of ethanol (EtOH), this solution 4 is vaporized using a vaporizer 3, and the vaporized gas is diluted with a diluted nitrogen gas 5 into a nozzle in the CVD chamber 1. 6 was fed. A glass substrate 2 heated to 500 ° C. by an electric heater 7 is installed immediately below the nozzle 6, and a gas supplied from the nozzle 6 is sprayed on the glass substrate 2 for 5 minutes to form a TNO film on the glass substrate 2. Filmed. The conditions during film formation are shown in Table 1 below.
After the film formation, the electric heater 7 was turned off, the glass substrate 2 was cooled in a nitrogen stream, and when the temperature of the glass substrate 2 reached 300 ° C., the glass substrate 2 was taken out from the CVD chamber 1. In order to confirm the oxidizing gas concentration in the atmosphere at the time of carrying out the cooling step, the oxygen concentration in the exhaust gas 9 discharged from the exhaust pipe 8 was measured with an oxygen concentration meter, and the oxygen concentration was 5%. Further, in order to measure the reducing gas concentration in the atmosphere at the time of the cooling process, the hydrogen concentration in the exhaust gas 9 discharged from the exhaust pipe 8 was measured with a hydrogen concentration meter. The hydrogen concentration was less than 1 ppm. .
When a part of the TNO film formed on the glass substrate 2 was peeled off and the film thickness was measured with a stylus type step gauge (DEKTAK), it was 80 nm. Further, when the sheet resistance of the TNO film was measured and the specific resistance was calculated, it was 7 Ωcm, and it was found that a good conductive film was formed. In addition, almost no powder was observed in the exhaust pipe trap (not shown) through the TNO film forming process and the cooling process.

実施例2,3
ガラス基板2上に供給されるガス中のチタン原子に対するニオブ原子のモル比(Nb/Tiモル比)、冷却工程実施時における雰囲気中の酸素濃度を下記表1に示す条件とした以外は実施例1と同様の手順を実施した。
その結果、ガラス基板2上に供給されるガス中のNb/Tiモル比が0.15で、冷却工程実施時における雰囲気中の酸素濃度が7%の実施例2ではTNO膜の比抵抗が10Ωcmであり、ガラス基板2上に供給されるガス中のNb/Tiモル比が0.02で、冷却工程実施時における雰囲気中の酸素濃度が7%の実施例3ではTNO膜の比抵抗が50Ωcmであり、いずれも良好な導電性を示すことが分かる。
形成された膜の透明度を目視で比較すると、実施例1,2,3の順に透明度が増すことが分かり、ガラス基板2上に供給されるガス中のNb/Tiモル比を大きくするとTNO膜の透明度が低下することが確認された。但し、実施例1〜3のTNO膜は透明導電膜として、十分な透明度を有している。
Examples 2 and 3
Example except that the molar ratio of niobium atoms to the titanium atoms in the gas supplied onto the glass substrate 2 (Nb / Ti molar ratio) and the oxygen concentration in the atmosphere during the cooling step were set as shown in Table 1 below. The same procedure as 1 was performed.
As a result, in Example 2 where the Nb / Ti molar ratio in the gas supplied onto the glass substrate 2 is 0.15 and the oxygen concentration in the atmosphere during the cooling process is 7%, the specific resistance of the TNO film is 10 Ωcm. In Example 3 where the Nb / Ti molar ratio in the gas supplied onto the glass substrate 2 is 0.02 and the oxygen concentration in the atmosphere during the cooling step is 7%, the specific resistance of the TNO film is 50 Ωcm It can be seen that both exhibit good conductivity.
When the transparency of the formed film is visually compared, it can be seen that the transparency increases in the order of Examples 1, 2, and 3. When the Nb / Ti molar ratio in the gas supplied onto the glass substrate 2 is increased, the TNO film It was confirmed that the transparency was lowered. However, the TNO films of Examples 1 to 3 have sufficient transparency as a transparent conductive film.

比較例1〜4
ガラス基板2上に供給されるガス中のNb/Tiモル比を下記表3に示す条件とし、冷却工程実施時における雰囲気中の酸素濃度を15%とした以外は実施例1と同様の手順を実施した。その結果、いずれの場合もTNO膜の比抵抗が実施例と比較し3桁以上大きくなり、良好な導電性の膜が得られないことが確認できた。
Comparative Examples 1-4
The same procedure as in Example 1 was performed except that the Nb / Ti molar ratio in the gas supplied onto the glass substrate 2 was set to the conditions shown in Table 3 below, and the oxygen concentration in the atmosphere at the time of the cooling step was changed to 15%. Carried out. As a result, in any case, the specific resistance of the TNO film was increased by three orders of magnitude or more compared to the examples, and it was confirmed that a good conductive film could not be obtained.

実施例4〜8
本実施例では、図2に示す成膜装置を使用した。実施例1と同様にTNO膜原料であるチタンテトライソポキシドとニオブペンタエトキシドを所定量、エタノールに溶解し、この溶液11を希釈窒素ガス12と共に2流体ノズル13を用いて噴霧し、微少液滴を作成した。この微小液滴をCVDノズル14を通して電気ヒーター15で加熱したガラス基板16に吹きつけ、ガラス基板2上にTNO膜を成膜した。成膜時の条件を下記表2に示した。
成膜後、電気ヒーター15を切り、窒素気流中でガラス基板16を冷却し、ガラス基板16の温度が250℃(実施例4、6,7,8)、または300℃(実施例5)となった時点でガラス基板16を取り出した。冷却工程実施時における雰囲気中の酸化性ガス濃度を確認するため、排気ガス17中の酸素濃度を酸素濃度計で計測したところ、酸素濃度はいずれも1%であった。また、冷却工程実施時における雰囲気中の還元性ガス濃度を測定するため、排気ガス17中の水素濃度を水素濃度計で計測したところ、水素濃度は1ppm未満であった。
実施例1と同様にTNO膜の膜厚とシート抵抗を測定した。実施例4〜8のいずれもTNO膜の比抵抗が低く、良好な導電性を示すことがわかる。特に原料のNb/Ti比を0.29まで高めた実施例8では得られた膜の比抵抗が0.07Ωcmとなり優れた導電性の膜が得られることがわかる。
Examples 4-8
In this example, the film forming apparatus shown in FIG. 2 was used. As in Example 1, titanium tetraisopoxide and niobium pentaethoxide, which are TNO film raw materials, are dissolved in ethanol in a predetermined amount, and this solution 11 is sprayed with a dilute nitrogen gas 12 using a two-fluid nozzle 13 to obtain a fine liquid. Created a drop. The fine droplets were sprayed on the glass substrate 16 heated by the electric heater 15 through the CVD nozzle 14 to form a TNO film on the glass substrate 2. The conditions at the time of film formation are shown in Table 2 below.
After film formation, the electric heater 15 is turned off, the glass substrate 16 is cooled in a nitrogen stream, and the temperature of the glass substrate 16 is 250 ° C. (Examples 4, 6, 7, 8) or 300 ° C. (Example 5). At that time, the glass substrate 16 was taken out. In order to confirm the oxidizing gas concentration in the atmosphere at the time of the cooling process, the oxygen concentration in the exhaust gas 17 was measured with an oxygen concentration meter, and the oxygen concentration was 1% in all cases. Further, in order to measure the reducing gas concentration in the atmosphere during the cooling process, the hydrogen concentration in the exhaust gas 17 was measured with a hydrogen concentration meter, and the hydrogen concentration was less than 1 ppm.
Similar to Example 1, the thickness of the TNO film and the sheet resistance were measured. It can be seen that any of Examples 4 to 8 has a low specific resistance of the TNO film and exhibits good conductivity. In particular, in Example 8 where the Nb / Ti ratio of the raw material was increased to 0.29, the specific resistance of the obtained film was 0.07 Ωcm, indicating that an excellent conductive film was obtained.

参考例1,2
還元性雰囲気によるTNO膜の透明性への影響を確認するため、参考例1,2ではCat−CVD(触媒CVD)法ならびに熱CVD法で形成したTNO膜について、可視光の波長域(550nm)の光吸収を比較した。
Cat−CVD法は原料吹き出しノズルと基板の間に1000℃程度に加熱した金属ワイヤーを触媒として設置し、該触媒を用いてTNO膜の原料を活性化する方法である。TNO膜の原料としてTTIPなどの有機金属化合物を用いた場合、原料中の有機成分が予め分解し、酸素と反応しやすくなるため、強還元性雰囲気を作ることになる。
参考例1では、成膜時の圧力を50Pa、基板温度を500℃とし、金属ワイヤー(タングステンワイヤー)を1100℃に加熱した状態で、Cat−CVD法を用いて、Nbが2.8%ドープされた膜厚210nmのTNO膜をガラス基板上に成膜した。形成されたTNO膜の波長550nmにおける光吸収は、島津製作所製分光光度計UV3100を用い、波長550nmの透過率、反射率を測定し{100%−(透過率+反射率)}で計算した。光吸収は7.2%であった。
これに対して参考例2では、成膜時の圧力を100Pa、基板温度を500℃とし、金属ワイヤーを加熱せずに、熱CVD法を用いて、Nbが2.6%ドープされた膜厚200nmのTNO膜をガラス基板上に成膜した。参考例1と同様に波長550nmにおける光吸収を測定したところ、光吸収は4.4%であった。この結果から、TNO膜を強還元性雰囲気に置くと、可視光の波長域(550nm)の光吸収が大きくなり、TNO膜の透明性が低下することが確認される。この結果は真空成膜プロセスによって成膜されたTNO膜に関するものであるが、本発明の透明導電膜形成方法において、TNO膜形成工程により形成されたTNO膜を、還元性ガス濃度が4vol%超の強還元性雰囲気で、ガラス基板温度が350℃以下となるまで冷却した場合も、これと同様に、可視光の波長域(550nm)の光吸収が大きくなり、TNO膜の透明性が低下することが予測される。
Reference examples 1 and 2
In order to confirm the influence of the reducing atmosphere on the transparency of the TNO film, in Reference Examples 1 and 2, the TNO film formed by the Cat-CVD (catalytic CVD) method and the thermal CVD method was used in the visible light wavelength range (550 nm). The light absorption of was compared.
The Cat-CVD method is a method in which a metal wire heated to about 1000 ° C. is installed between a raw material blowing nozzle and a substrate as a catalyst, and the TNO film raw material is activated using the catalyst. When an organic metal compound such as TTIP is used as a raw material for the TNO film, an organic component in the raw material is decomposed in advance and easily reacts with oxygen, so that a strongly reducing atmosphere is created.
In Reference Example 1, the pressure at the time of film formation is 50 Pa, the substrate temperature is 500 ° C., and the metal wire (tungsten wire) is heated to 1100 ° C., and Nb is doped by 2.8% using the Cat-CVD method. The TNO film having a thickness of 210 nm was formed on a glass substrate. The light absorption at a wavelength of 550 nm of the formed TNO film was calculated by {100% − (transmittance + reflectance)} by measuring the transmittance and reflectance at a wavelength of 550 nm using a spectrophotometer UV3100 manufactured by Shimadzu Corporation. The light absorption was 7.2%.
On the other hand, in Reference Example 2, the film forming pressure was 100 Pa, the substrate temperature was 500 ° C., and the film was doped with 2.6% Nb using the thermal CVD method without heating the metal wire. A 200 nm TNO film was deposited on a glass substrate. When light absorption at a wavelength of 550 nm was measured in the same manner as in Reference Example 1, the light absorption was 4.4%. From this result, it is confirmed that when the TNO film is placed in a strongly reducing atmosphere, the light absorption in the visible light wavelength region (550 nm) increases and the transparency of the TNO film decreases. Although this result relates to the TNO film formed by the vacuum film formation process, in the transparent conductive film forming method of the present invention, the TNO film formed by the TNO film forming step has a reducing gas concentration exceeding 4 vol%. Similarly, when the glass substrate temperature is cooled to 350 ° C. or lower in a strongly reducing atmosphere, the light absorption in the visible wavelength region (550 nm) increases and the transparency of the TNO film decreases. It is predicted.

1:CVDチャンバー
2,16:ガラス基板
3:気化器
4,11:原料溶液
5,12:希釈窒素ガス
6:ノズル
7:電気ヒーター
8:排気管
9,17:排気ガス
13:2流体ノズル
14:CVDノズル
1: CVD chamber 2, 16: Glass substrate 3: Vaporizer 4, 11: Raw material solution 5, 12: Diluted nitrogen gas 6: Nozzle 7: Electric heater 8: Exhaust pipe 9, 17: Exhaust gas 13: Two-fluid nozzle 14 : CVD nozzle

Claims (7)

大気圧またはその近傍の圧力において、有機ニオブ化合物および有機チタン化合物を、気体として、または、微小液滴として、450℃以上の温度のガラス基板に吹き付けることにより、ニオブがドープされた酸化チタンからなる膜を前記ガラス基板上に形成する工程、および、酸化性ガス濃度10vol%以下、かつ、還元性ガス濃度4vol%以下の雰囲気中で、前記ガラス基板の温度が350℃以下となるまで冷却する工程をこの順に実施することを特徴とする、ニオブがドープされた酸化チタンからなる透明導電膜をガラス基板に形成する方法。   It consists of titanium oxide doped with niobium by spraying an organic niobium compound and an organic titanium compound as a gas or as fine droplets onto a glass substrate at a temperature of 450 ° C. or higher at atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof. A step of forming a film on the glass substrate, and a step of cooling until the temperature of the glass substrate becomes 350 ° C. or lower in an atmosphere having an oxidizing gas concentration of 10 vol% or less and a reducing gas concentration of 4 vol% or less. A method of forming a transparent conductive film made of niobium-doped titanium oxide on a glass substrate. 前記有機ニオブ化合物および有機チタン化合物とともに、沸点160℃以下のアルコール類を450℃以上の温度のガラス基板に吹き付けることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein an alcohol having a boiling point of 160 ° C. or lower is sprayed on a glass substrate having a temperature of 450 ° C. or higher together with the organic niobium compound and the organic titanium compound. 前記有機ニオブ化合物および有機チタン化合物が、チタン原子に対するニオブ原子のモル比が0.005〜0.4となるように、前記450℃以上の温度のガラス基板に吹きつけられることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。   The organic niobium compound and the organic titanium compound are sprayed onto the glass substrate at a temperature of 450 ° C or higher so that a molar ratio of niobium atoms to titanium atoms is 0.005 to 0.4. Item 3. The method according to Item 1 or 2. 前記有機ニオブ化合物がニオブペンタエトキシドであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the organic niobium compound is niobium pentaethoxide. 前記有機チタン化合物がチタンテトライソポロポキシドであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the organic titanium compound is titanium tetraisoporopoxide. 前記ニオブがドープされた酸化チタンからなる膜をガラス基板上に形成する工程を実施する雰囲気中の酸素濃度および水蒸気濃度が実質的に0vol%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。   6. The oxygen concentration and water vapor concentration in an atmosphere for carrying out the step of forming a film made of titanium oxide doped with niobium on a glass substrate is substantially 0 vol%. The method of crab. 請求項1〜6のいずれかに記載の方法により得られる透明導電膜付ガラス基板。   A glass substrate with a transparent conductive film obtained by the method according to claim 1.
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