JP2015038847A - Transparent conductive zinc oxide thin film - Google Patents

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山本 哲也
Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
華平 宋
Huaping Song
華平 宋
久雄 牧野
Hisao Makino
久雄 牧野
淳一 野本
Junichi Nomoto
淳一 野本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transparent conductive zinc oxide thin film having a film thickness of 50 nm or less, which has excellent wet-heat resistance and surface characteristics, and a low absorption coefficient, and in which the wavelength dependency of the light transmissivity is reduced.SOLUTION: The transparent conductive zinc oxide thin film is obtained by adding a first element composed of Ga and/or Al and a second element composed of at least one selected from the group comprising In, Sn, Si, Bi, Se, Ce, Cu, Mn, Er and Eu to zinc oxide, and has characteristics (1) to (3) mentioned below, and a film thickness of 50 nm or less. (1) When an environmental test is performed under conditions of a temperature of 60°C and 95% relative humidity for 500 h, the relative change rate of the specific resistance after the environmental test to the specific resistance before the environmental test is 15% or less. (2) The relation between crystallite size L and a-axis lattice constant La is as follows: L≥100×La. (3) The arithmetic average roughness Ra of the surface satisfies 0.2nm<Ra<1nm.

Description

本発明は、耐湿熱性及び表面特性に優れるとともに、光吸収率が低く光透過率の波長依存性が低減された膜厚50nm以下の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関するものである。   The present invention relates to a transparent conductive zinc oxide thin film having a thickness of 50 nm or less, which is excellent in moisture and heat resistance and surface characteristics, and has a low light absorption rate and a reduced wavelength dependency of light transmittance.

液晶表示装置などに用いられる透明電極用の導電膜として、比抵抗が低く透明性が高いITO(インジウム錫酸化物)膜が汎用されている。しかし、インジウムは高価であり資源の制約も懸念されるため、ITO膜に代わる導電膜として、酸化亜鉛(ZnO)を主体として含有する酸化亜鉛系透明導電膜の開発が進められている。   As a conductive film for a transparent electrode used in a liquid crystal display device or the like, an ITO (indium tin oxide) film having low specific resistance and high transparency is widely used. However, since indium is expensive and there are concerns about resource limitations, a zinc oxide-based transparent conductive film containing zinc oxide (ZnO) as a main component is being developed as a conductive film that replaces the ITO film.

酸化亜鉛系透明導電膜を量産レベルで製造する代表的な方法としては、直流マグネトロンスパッタリング法やイオンプレーティング法が知られている。中でも、イオンプレーティング法を用いれば、スパッタリング法のように大きな比抵抗分布を生じることなく、表面抵抗の小さい酸化亜鉛系透明導電膜を高い製膜速度(前述した直流マグネトロンスパッタリング法の3〜5倍程度)で大きな製膜面積に形成することが可能である。   As a typical method for producing a zinc oxide-based transparent conductive film at a mass production level, a direct current magnetron sputtering method and an ion plating method are known. In particular, if the ion plating method is used, a zinc oxide-based transparent conductive film having a low surface resistance is produced at a high film formation rate (3-5 of the direct current magnetron sputtering method described above) without producing a large specific resistance distribution as in the sputtering method. It is possible to form a large film forming area.

イオンプレーティング法とは、プラズマガンや電子銃でターゲット(蒸発原料)にプラズマビームや電子ビームを照射し、蒸発原料(形態は焼結体あるいは粉末)を蒸発(出射)させると共にその蒸発粒子が基板に到達する前にイオン化させ、電位勾配を利用して蒸発粒子のエネルギーを制御したうえで基板上に蒸着(入射)させる方法である。   The ion plating method uses a plasma gun or an electron gun to irradiate a target (evaporation material) with a plasma beam or an electron beam to evaporate (eject) the evaporation material (in the form of a sintered body or powder), and the evaporated particles In this method, ionization is performed before reaching the substrate, and the energy of evaporated particles is controlled using a potential gradient, and then vapor deposition (incident) is performed on the substrate.

イオンプレーティング法による酸化亜鉛系導電膜の製法として、例えば、特許文献1〜3に記載の方法が挙げられる。   As a manufacturing method of the zinc oxide type electrically conductive film by an ion plating method, the method of patent documents 1-3 is mentioned, for example.

特許文献1は、比抵抗が小さい酸化亜鉛系導電膜を高い製膜速度で大きな製膜面積に形成することが可能な製造方法に関し、ガリウム(Ga)またはガリウム化合物を添加した酸化亜鉛を蒸発材料(ターゲット)として用い、製膜室の酸素分圧が0.012Pa以下にて製膜する方法が記載されている。   Patent Document 1 relates to a manufacturing method capable of forming a zinc oxide-based conductive film having a small specific resistance at a high film-forming speed and a large film-forming area. Zinc oxide added with gallium (Ga) or a gallium compound is an evaporation material. A method is described in which the film is formed as a (target) and the oxygen partial pressure in the film forming chamber is 0.012 Pa or less.

特許文献2および特許文献3は、いずれも、本願出願人によって出願されたものであり、ターゲットの加熱時に生じるスプラッシュ現象を防止または抑制することが可能な酸化亜鉛系導電膜製造用のイオンプレーティング用ターゲットに関するものである。実施例の欄には、ターゲットとして用いられる酸化亜鉛系焼結体として、ガリウムを導電性付与成分として含む焼結体を用いた例が開示されている。   Patent Document 2 and Patent Document 3 are both filed by the applicant of the present application, and ion plating for producing a zinc oxide-based conductive film capable of preventing or suppressing a splash phenomenon that occurs when a target is heated. Is related to the target. In the column of Examples, an example using a sintered body containing gallium as a conductivity-imparting component is disclosed as a zinc oxide-based sintered body used as a target.

ところで、一般に酸化亜鉛系透明導電膜は、非特許文献1などに記載されているように耐久性に劣っており、耐湿熱環境試験での抵抗安定性が悪い(耐湿熱環境試験前後における比抵抗の変化率が高い)などの問題を抱えている。前記問題はスパッタリング法による酸化亜鉛系透明導電膜では顕著となる。一方、イオンプレーティング法では、膜中に不足する酸素を補うことを目的に、イオンプレーティング成膜装置内に酸素ガスを自在に制御しながら供給し、製膜する。そのため、スパッタリング法に比べて、応用が要求する酸化亜鉛系透明導電膜の電気特性の最適化が可能となり、その結果、電気特性はより低いものがこれまで実現している。しかしながら、現状ではスパッタリング法による酸化亜鉛系透明導電膜と同様に応用が要求する耐湿熱環境試験での抵抗安定性は悪い。特に透明導電膜の膜厚が200nm以下では抵抗の不安定性は顕著となる。   By the way, in general, the zinc oxide-based transparent conductive film is inferior in durability as described in Non-Patent Document 1, etc., and has poor resistance stability in a moist heat resistance environment test (specific resistance before and after the moist heat resistance environment test). Have a high rate of change). The above problem becomes remarkable in a zinc oxide based transparent conductive film formed by sputtering. On the other hand, in the ion plating method, oxygen gas is supplied into the ion plating film forming apparatus while being freely controlled for film formation for the purpose of supplementing oxygen deficient in the film. Therefore, it is possible to optimize the electrical characteristics of the zinc oxide-based transparent conductive film required for application as compared with the sputtering method, and as a result, the electrical characteristics that are lower have been realized so far. However, at present, resistance stability in a heat and humidity resistance test required for application is poor as in the case of a zinc oxide-based transparent conductive film formed by sputtering. In particular, instability of resistance becomes significant when the film thickness of the transparent conductive film is 200 nm or less.

そこで、酸素雰囲気などの大気雰囲気で加熱しても加熱前後の比抵抗の変化率が小さい、耐湿熱性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜が望まれている。前述した特許文献1〜3では、耐湿熱性向上に対して何も考慮していない。   Therefore, there is a demand for a transparent conductive zinc oxide thin film that has a low rate of change in specific resistance before and after heating even when heated in an air atmosphere such as an oxygen atmosphere and is excellent in moisture and heat resistance. In Patent Documents 1 to 3 described above, no consideration is given to improvement in heat and moisture resistance.

上記事情に鑑み、本願出願人は、耐湿熱性が高められた透明導電膜を特許文献4及び特許文献5に開示している。
一般的に、膜厚が薄ければ薄いほど光透過率においては有利であるが、比抵抗及び耐湿熱性は低下する。
特許文献4は、100nm以下の極薄レベルの膜厚の薄膜を一部開示しているものの、膜厚が薄い場合はインジウムの含有量が多く、逆にインジウムが少ない場合は膜厚が厚いものしか開示しておらず、高価であり資源の制約も伴うインジウムの含有量が少なく且つ膜厚が薄い場合に、優れた比抵抗及び耐湿熱性を有する透明導電膜は開示されていない。
特許文献5の透明導電膜は、膜厚が150nm前後であって、膜厚がそれ以下の極薄レベルであっては耐湿熱性を向上させるまでには至っていない。
In view of the above circumstances, the applicant of the present application discloses a transparent conductive film with improved moisture and heat resistance in Patent Document 4 and Patent Document 5.
In general, the thinner the film, the more advantageous in terms of light transmittance, but the specific resistance and heat-and-moisture resistance decrease.
Patent Document 4 discloses a part of a thin film having an extremely thin film thickness of 100 nm or less. However, when the film thickness is thin, the content of indium is large, and conversely, when the indium content is small, the film thickness is large. However, there is no disclosure of a transparent conductive film having an excellent specific resistance and heat-and-moisture resistance when the indium content is small and the film thickness is thin, which is expensive and has resource constraints.
The transparent conductive film of Patent Document 5 has a film thickness of about 150 nm, and the film thickness is less than that, so that the moisture and heat resistance is not improved.

なお、特許文献6には、イオンプレーティング法ではなくスパッタリング法によって耐湿熱性が高められた透明導電膜が開示されている。しかしながら、この透明導電膜は、高価なインジウムが主成分となる透明導電膜であるため、Inの原子数量比In/(In+Zn)が0.55〜0.80からなり、高価なインジウムを多量に使用する必要がある。また、特許文献6では、スパッタリング法を採用しているため、100nm以下の極薄レベルの膜厚の薄膜では比抵抗が応用に適わない高い大きさとなるために、それを解決することを目的に得られる透明導電膜の膜厚は、約200〜350nmと厚い。   Note that Patent Document 6 discloses a transparent conductive film having improved heat and humidity resistance by sputtering rather than ion plating. However, since this transparent conductive film is a transparent conductive film mainly composed of expensive indium, the In atomic quantity ratio In / (In + Zn) is 0.55 to 0.80, and a large amount of expensive indium is contained. Need to use. Further, in Patent Document 6, since a sputtering method is employed, a thin film having an extremely thin film thickness of 100 nm or less has a high specific resistance that is not suitable for application. The film thickness of the transparent conductive film obtained is as thick as about 200 to 350 nm.

加えて、従来の透明導電膜は、光の波長の違いにより光透過率にばらつきがでるという問題があった。この光透過率の波長依存性が大きい場合、光制御が困難であるという問題があった。   In addition, the conventional transparent conductive film has a problem that the light transmittance varies depending on the wavelength of light. When the wavelength dependency of the light transmittance is large, there is a problem that light control is difficult.

本出願人は、耐湿熱性の向上と光透過率の波長依存性の低減とを両方達成することを課題とした透明導電性酸化亜鉛薄膜を特願2013−51053号にて出願している。先に出願したこの薄膜は、X線回折(XRD)測定で得られる(002)面からの回折ピークの半値幅(Full Width at Half. Maximum:FWHM(θ‐2θ))が0.30〜0.38であり、(002)ωロッキングカーブの半値幅であるFWHM(ω)が4.00〜5.00である。これらパラメータがこの特定の数値範囲にある薄膜が、耐湿熱性の向上と光透過率の波長依存性の低減を達成できる。   The present applicant has applied for a transparent conductive zinc oxide thin film in Japanese Patent Application No. 2013-51053, which aims to achieve both improvement in heat and moisture resistance and reduction in wavelength dependency of light transmittance. The thin film previously applied has a full width at half maximum (FWHM (θ-2θ)) of 0.30 to 0 from the (002) plane obtained by X-ray diffraction (XRD) measurement. FWHM (ω), which is the half width of the (002) ω rocking curve, is 4.00 to 5.00. A thin film having these parameters in this specific numerical range can achieve improvement in heat and humidity resistance and reduction in wavelength dependency of light transmittance.

さらなる研究によって本出願人は、先に出願した薄膜とは異なるパラメータが耐湿熱性の向上に対しより密接な関係があることを見出し、本発明に至ったものである。   Through further research, the present applicant has found that parameters different from the previously filed thin film are more closely related to the improvement of heat-and-moisture resistance, leading to the present invention.

特開2004−95223号公報JP 2004-95223 A 特開2007−56351号公報JP 2007-56351 A 特開2007−56352号公報JP 2007-56352 A 特開2009−114538号公報JP 2009-114538 A 特開2011−74479号公報JP 2011-74479 A 特開平6−318406号公報JP-A-6-318406

APPLIED PHYSICS LETTERS 89,091904(2006)APPLIED PHYSICS LETTERS 89,091904 (2006)

本発明は、上述したような問題点を解決すべくなされたものであって、耐湿熱性及び表面特性に優れるとともに、光吸収率が低く光透過率の波長依存性が低減された膜厚50nm以下の透明導電性酸化亜鉛薄膜を提供するものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a film thickness of 50 nm or less with excellent moisture and heat resistance and surface characteristics, low light absorption, and reduced wavelength dependence of light transmittance. The transparent conductive zinc oxide thin film is provided.

請求項1に係る発明は、酸化亜鉛に、Ga及び/又はAlからなる第1元素と、In、Sn、Si、Bi、Se、Ce、Cu、Mn、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素が添加された、以下の(1)〜(3)の特性を持つ膜厚が50nm以下の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。
(1)60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験を行ったとき、環境試験前の比抵抗に対する環境試験後の比抵抗の相対変化率が15%以下
(2)結晶子サイズLとa軸格子定数Laとの関係がL≧100×La
(3)表面の算術平均粗さRaが0.2nm<Ra<1nm
The invention according to claim 1 is selected from the group consisting of zinc oxide, a first element made of Ga and / or Al, and In, Sn, Si, Bi, Se, Ce, Cu, Mn, Er and Eu. The present invention relates to a transparent conductive zinc oxide thin film having a thickness of 50 nm or less having the following characteristics (1) to (3) to which at least one second element is added.
(1) When an environmental test is performed for 500 hours at 60 ° C. and a relative humidity of 95%, the relative change rate of the specific resistance after the environmental test with respect to the specific resistance before the environmental test is 15% or less. (2) Crystallite The relationship between the size L and the a-axis lattice constant La is L ≧ 100 × La
(3) Arithmetic average roughness Ra of the surface is 0.2 nm <Ra <1 nm

請求項2に係る発明は、表面の粗さ曲線のクルトシスRkuがRku≦3である請求項1記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 2 relates to the transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the kurtosis Rku of the surface roughness curve is Rku ≦ 3.

請求項3に係る発明は、表面の粗さ曲線のスキューネスRskがRsk<0である請求項1又は2記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 3 relates to the transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1 or 2, wherein the skewness Rsk of the surface roughness curve is Rsk <0.

請求項4に係る発明は、波長500−565nmにおける光吸収率が0.8%以下であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 4 relates to the transparent conductive zinc oxide thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the light absorptance at a wavelength of 500 to 565 nm is 0.8% or less.

請求項5に係る発明は、波長400−1400nmにおける光透過率の最大値と最小値の差が15%以下であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 5 is the transparent conductive zinc oxide according to any one of claims 1 to 4, wherein the difference between the maximum value and the minimum value of the light transmittance at a wavelength of 400-1400 nm is 15% or less. It relates to a thin film.

請求項6に係る発明は、前記環境試験前の波長400−1400nmにおける平均光透過率に対する前記環境試験後の波長400−1400nmにおける平均光透過率の相対変化率が1%以下であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 6 is characterized in that a relative change rate of the average light transmittance at the wavelength 400 to 1400 nm after the environmental test with respect to the average light transmittance at the wavelength 400 to 1400 nm before the environmental test is 1% or less. The transparent conductive zinc oxide thin film according to any one of claims 1 to 5.

請求項7に係る発明は、前記環境試験前の比抵抗に対する前記環境試験後の比抵抗の相対変化率が10%以下であることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 7 is characterized in that the relative change rate of the specific resistance after the environmental test with respect to the specific resistance before the environmental test is 10% or less. The present invention relates to a functional zinc oxide thin film.

請求項8に係る発明は、前記膜厚が20〜50nmであることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜に関する。   The invention according to claim 8 relates to the transparent conductive zinc oxide thin film according to any one of claims 1 to 7, wherein the film thickness is 20 to 50 nm.

請求項1に係る発明によれば、酸化亜鉛に、Ga及び/又はAlからなる第1元素と、In、Sn、Si、Bi、Se、Ce、Cu、Mn、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素が添加され、上記(1)−(3)の特性を持つ透明導電性酸化亜鉛薄膜であることにより、比抵抗が小さく導電性に優れ、且つ耐湿熱性に優れ、さらに表面特性に優れ、光吸収率が低い透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。
60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験を行ったとき、環境試験前の比抵抗に対する環境試験後の比抵抗の相対変化率が15%以下であることにより、高温高湿となる条件下でも使用可能な導電率に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。
膜厚が50nm以下であることにより、光透過性に優れ、さらに光透過率の波長依存性を低減することができるので、様々な用途に使用可能な透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。また、ロールで保管する際に積層が容易であり、またより多くの薄膜を積層することが可能となる。
一般に膜厚50nm以下であると耐湿熱性は低下するが、上記したように請求項1に係る透明導電性酸化亜鉛薄膜は前記環境試験前後における比抵抗の相対変化率が15%以下と非常に小さく、さらに光透過率の波長依存性が低減されたものである。
According to the first aspect of the present invention, the zinc oxide is selected from the group consisting of the first element made of Ga and / or Al, and In, Sn, Si, Bi, Se, Ce, Cu, Mn, Er and Eu. The transparent conductive zinc oxide thin film having the above-mentioned characteristics (1)-(3) is added with at least one second element, and thus has low specific resistance, excellent conductivity, and resistance to moist heat. A transparent conductive zinc oxide thin film having excellent surface properties and low light absorption can be obtained.
When an environmental test is performed for 500 hours at 60 ° C. and a relative humidity of 95%, the relative change rate of the specific resistance after the environmental test with respect to the specific resistance before the environmental test is 15% or less. A transparent conductive zinc oxide thin film having excellent conductivity that can be used even under such conditions can be obtained.
When the film thickness is 50 nm or less, the light transmittance is excellent and the wavelength dependency of the light transmittance can be reduced, so that a transparent conductive zinc oxide thin film that can be used for various applications can be obtained. . Moreover, when storing with a roll, lamination | stacking is easy and it becomes possible to laminate | stack more thin films.
In general, when the film thickness is 50 nm or less, the heat-and-moisture resistance decreases, but as described above, the transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1 has a very small relative change rate of specific resistance of 15% or less before and after the environmental test. Further, the wavelength dependency of the light transmittance is further reduced.

請求項2に係る発明によれば、表面の粗さ曲線のクルトシスRkuがRku≦3であることにより、より耐湿熱性及び表面特性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。   According to the second aspect of the invention, when the kurtosis Rku of the surface roughness curve is Rku ≦ 3, it is possible to obtain a transparent conductive zinc oxide thin film with more excellent heat and moisture resistance and surface characteristics.

請求項3に係る発明によれば、表面の粗さ曲線のスキューネスRskがRsk<0であることにより、より耐湿熱性及び表面特性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。   According to the third aspect of the invention, when the skewness Rsk of the surface roughness curve is Rsk <0, a transparent conductive zinc oxide thin film having more excellent heat and moisture resistance and surface characteristics can be obtained.

請求項4に係る発明によれば、波長500−565nmにおける光吸収率が0.8%以下であることにより、明るさに依存する人間の視感度に関わらない透過率に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。   According to the invention of claim 4, the transparent conductive oxidation excellent in transmittance regardless of the human visibility depending on the brightness because the light absorptivity at a wavelength of 500 to 565 nm is 0.8% or less. It can be a zinc thin film.

請求項5に係る発明によれば、波長400−1400nmにおける光透過率の最大値と最小値の差が15%以下であることにより、光制御を容易に行うことができる。   According to the invention which concerns on Claim 5, light control can be easily performed because the difference of the maximum value of light transmittance in wavelength 400-1400nm and the minimum value is 15% or less.

請求項6に係る発明によれば、前記環境試験前の波長400−1400nmにおける平均光透過率に対する前記環境試験後の波長400−1400nmにおける平均光透過率の相対変化率が1%以下であることにより、高温高湿となる条件下でも使用可能な光透過率に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。   According to the invention which concerns on Claim 6, the relative change rate of the average light transmittance in the wavelength 400-1400 nm after the said environmental test with respect to the average light transmittance in the wavelength 400-1400 nm before the said environmental test is 1% or less Thus, a transparent conductive zinc oxide thin film having excellent light transmittance that can be used under conditions of high temperature and high humidity can be obtained.

請求項7に係る発明によれば、前記環境試験前の比抵抗に対する前記環境試験後の比抵抗の相対変化率が10%以下であることにより、高温高湿となる条件下でも使用可能な導電率に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。   According to the invention which concerns on Claim 7, when the relative change rate of the specific resistance after the said environmental test with respect to the specific resistance before the said environmental test is 10% or less, the electroconductivity which can be used also on the conditions used as high temperature high humidity It can be set as the transparent conductive zinc oxide thin film excellent in the rate.

請求項8に係る発明によれば、膜厚が20〜50nmであることにより、耐湿熱性と光透過性に優れ、且つ光透過率の波長依存性が低減された十分な強度を有する透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。   According to the eighth aspect of the invention, since the film thickness is 20 to 50 nm, it has excellent moisture resistance and light transmittance, and has a sufficient strength with reduced wavelength dependency of light transmittance. It can be a zinc oxide thin film.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造に用いるイオンプレーティング装置の概略図である。It is the schematic of the ion plating apparatus used for manufacture of the transparent conductive zinc oxide thin film of this invention. 耐湿熱性試験前の比較例3のGZnO薄膜と実施例1のIGZnO薄膜の、波長と光透過率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength and the light transmittance of the GNZnO thin film of the comparative example 3 before the wet heat resistance test, and the IGZnO thin film of Example 1. 耐湿熱性試験後の比較例3のGZnO薄膜と実施例1のIGZnO薄膜の、波長と光透過率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength and the light transmittance of the GNZnO thin film of the comparative example 3 after the wet heat resistance test, and the IGZnO thin film of Example 1. 実施例1のIGZnO薄膜の耐湿熱性試験前後の波長と光透過率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength before and behind the wet heat resistance test of the IGZnO thin film of Example 1, and light transmittance. 実施例1及び比較例1〜3の波長500−565nmにおける光吸収率を示すグラフである。It is a graph which shows the light absorptivity in wavelength 500-565nm of Example 1 and Comparative Examples 1-3.

以下、本発明に係る透明導電性酸化亜鉛薄膜について説明する。   Hereinafter, the transparent conductive zinc oxide thin film according to the present invention will be described.

本発明に係る透明導電性酸化亜鉛薄膜は、酸化亜鉛に、Ga及び/又はAlからなる第1元素と、In、Sn、Si、Bi、Se、Ce、Cu、Mn、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素が添加された透明導電性酸化亜鉛薄膜である。
Ga及び/又はAlからなる第1元素は導電性付与成分として添加され、光透過率も高めることができる。
透明導電性酸化亜鉛薄膜に含まれる第1元素の比率は、好ましくは0.1〜6重量%である。
第1元素の比率が0.1重量%未満であると、酸化亜鉛薄膜の導電性を充分に向上させることができないため、好ましくない。
第1元素の比率が6重量%を超えると、酸化亜鉛薄膜の耐湿熱性の向上は実現するが導電性は急激的に減少するため好ましくない。
The transparent conductive zinc oxide thin film according to the present invention is a group consisting of zinc oxide, a first element made of Ga and / or Al, and In, Sn, Si, Bi, Se, Ce, Cu, Mn, Er, and Eu. A transparent conductive zinc oxide thin film to which a second element consisting of at least one selected from the above is added.
The 1st element which consists of Ga and / or Al is added as an electroconductivity provision component, and can also improve the light transmittance.
The ratio of the first element contained in the transparent conductive zinc oxide thin film is preferably 0.1 to 6% by weight.
If the ratio of the first element is less than 0.1% by weight, the conductivity of the zinc oxide thin film cannot be sufficiently improved, which is not preferable.
When the ratio of the first element exceeds 6% by weight, the improvement of the wet heat resistance of the zinc oxide thin film is realized, but the conductivity is rapidly decreased, which is not preferable.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、In、Sn、Si、Bi、Se、Ce、Cu、Mn、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素が添加されている。
第2元素を添加することにより、酸化亜鉛薄膜の耐湿熱性を向上させることができる。
透明導電性酸化亜鉛薄膜に含まれる第2元素の比率は、Znと第2元素の原子数量比:(第2元素/(第2元素+Zn))≒(第2元素/Zn)は最大で0.46%(0.0046)であることが好ましい。
本発明は、従来のITO(インジウム錫酸化物)膜ではなく、酸化亜鉛主体の導電膜である。インジウムは高価であり資源の制約も懸念される。特許文献6にあるInの原子数量比In/(In+Zn)は55〜80%(0.55〜0.80)であり、本発明のIn元素の比率は、顕著に小さい。
In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, a second element composed of at least one selected from the group consisting of In, Sn, Si, Bi, Se, Ce, Cu, Mn, Er, and Eu is added. .
By adding the second element, the wet heat resistance of the zinc oxide thin film can be improved.
The ratio of the second element contained in the transparent conductive zinc oxide thin film is such that the atomic quantity ratio of Zn to the second element: (second element / (second element + Zn)) ≈ (second element / Zn) is 0 at the maximum. It is preferably .46% (0.0046).
The present invention is not a conventional ITO (indium tin oxide) film but a conductive film mainly composed of zinc oxide. Indium is expensive and there are concerns about resource constraints. The atomic quantity ratio In / (In + Zn) in Patent Document 6 is 55 to 80% (0.55 to 0.80), and the ratio of In element of the present invention is remarkably small.

上記したように本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜に含まれるZnと第2元素の原子数量比(第2元素/Zn)は0.15〜0.46%であることが好ましい。
Znと第2元素の原子数量比(第2元素/Zn)が0.15%未満であると、酸化亜鉛薄膜の耐湿熱性を充分に向上させることができないため、好ましくない。
Znと第2元素の原子数量比(第2元素/Zn)が0.46%を超えると、酸化亜鉛薄膜の比抵抗が大きくなってしまい、且つ光透過率が低下するため、好ましくない。
As described above, the atomic quantity ratio (second element / Zn) between Zn and the second element contained in the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention is preferably 0.15 to 0.46%.
If the atomic quantity ratio of Zn to the second element (second element / Zn) is less than 0.15%, the wet heat resistance of the zinc oxide thin film cannot be sufficiently improved, which is not preferable.
When the atomic quantity ratio of Zn to the second element (second element / Zn) exceeds 0.46%, the specific resistance of the zinc oxide thin film increases and the light transmittance decreases, which is not preferable.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、基板表面に平行な結晶子サイズLがa軸格子定数Laの100倍以上、すなわちL≧100×Laである。
吸着水分子の表面上での平均表面拡散距離は、a軸格子定数Laのおよそ数10倍から100倍である。本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、基板表面に平行な結晶子サイズLとa軸格子定数Laとの関係がL≧100×Laであることにより、水分子が表面拡散中に粒界(結晶子と結晶子の間)で捕獲されず、その結果、本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は耐湿熱性に優れた薄膜となる。結晶子サイズLがa軸格子定数Laの100倍未満である場合、十分な耐湿熱性が得られないため好ましくない。
In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the crystallite size L parallel to the substrate surface is 100 times or more the a-axis lattice constant La, that is, L ≧ 100 × La.
The average surface diffusion distance on the surface of adsorbed water molecules is approximately several tens to 100 times the a-axis lattice constant La. In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the relationship between the crystallite size L parallel to the substrate surface and the a-axis lattice constant La is L ≧ 100 × La. As a result, the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention becomes a thin film excellent in wet heat resistance. When the crystallite size L is less than 100 times the a-axis lattice constant La, it is not preferable because sufficient heat and heat resistance cannot be obtained.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、表面の算術平均粗さRaが0.2nm<Ra<1nmである。
結晶子内の結晶性が高く平坦な表面を持つ薄膜における表面付近では、原子密度の空間分布のゆらぎが小さいと考えられる。
水分子の薄膜内への拡散特性を決める主要因子の1つは、密度勾配(高密度空間領域から低密度空間領域へ拡散現象が生じる)と考えられる。水分子の薄膜内への拡散を抑えるためには、平坦な表面を持つ薄膜がより望ましい。
本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、表面の算術平均粗さRaが0.2nm<Ra<1nmであることにより、水分子の薄膜内への拡散を抑えることができるので、耐湿熱性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。酸化亜鉛薄膜の(002)の面の面間隔はc軸格子定数の半分の大きさであり、およそ0.26nmである。結晶性が高く、かつ結晶子同士の配列に大きな乱れがない場合、Raは面間隔よりも小さな値とはならない。すなわち、Raが0.2nm未満である場合、酸化亜鉛薄膜の結晶性が悪い場合であり、好ましくない。Raが1nm以上である場合、面間隔のおよそ3.8倍以上となり、結晶子内や粒界での段差が大きく、前記密度勾配の大きな薄膜となる。このため、水分子の薄膜内への拡散を抑えることができず、その結果十分な耐湿熱性が得られないため好ましくない。
The transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention has a surface arithmetic average roughness Ra of 0.2 nm <Ra <1 nm.
In the vicinity of the surface of the thin film having a high crystallinity and a flat surface in the crystallite, it is considered that the fluctuation of the spatial distribution of atomic density is small.
One of the main factors that determine the diffusion characteristics of water molecules into a thin film is considered to be a density gradient (a diffusion phenomenon occurs from a high density space region to a low density space region). In order to suppress diffusion of water molecules into the thin film, a thin film having a flat surface is more desirable.
Since the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention has an arithmetic average roughness Ra of the surface of 0.2 nm <Ra <1 nm, diffusion of water molecules into the thin film can be suppressed, so that the heat and heat resistance is excellent. A transparent conductive zinc oxide thin film can be obtained. The plane spacing of the (002) plane of the zinc oxide thin film is half the c-axis lattice constant, and is about 0.26 nm. When the crystallinity is high and there is no large disturbance in the arrangement of crystallites, Ra does not have a value smaller than the interplanar spacing. That is, when Ra is less than 0.2 nm, the crystallinity of the zinc oxide thin film is poor, which is not preferable. When Ra is 1 nm or more, the surface spacing is about 3.8 times or more, and the steps in the crystallites and grain boundaries are large, resulting in a thin film having a large density gradient. For this reason, the diffusion of water molecules into the thin film cannot be suppressed, and as a result, sufficient moisture and heat resistance cannot be obtained.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、表面の粗さ曲線のクルトシスRkuがRku≦3であることが好ましい。クルトシスRkuとは、表面形状のとがり度を表しており、正規分布であれば、3になる。クルトシスRkuは基準長さ lrにおける曲線Z(x)の四乗平均を二乗平均平方根Rqの四乗で割ったものであり、以下の式1で表される。   In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the kurtosis Rku of the surface roughness curve is preferably Rku ≦ 3. The kurtosis Rku represents the degree of sharpness of the surface shape, and is 3 if it is a normal distribution. The kurtosis Rku is obtained by dividing the fourth power average of the curve Z (x) at the reference length lr by the fourth power of the root mean square Rq, and is expressed by the following formula 1.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、表面の粗さ曲線のクルトシスRkuがRku≦3である。つまり、断面曲線の尖り度が小さく、原子密度勾配の小さな薄膜表面を形成している。これにより、水分子が薄膜内に浸入し難くなり、その結果、耐湿熱性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。一方、Rkuが3以上である場合、表面付近での化学結合が切れている箇所が多いと判断され、その近辺では、原子密度勾配の大きな薄膜表面を形成している。その結果、水分子が薄膜内に拡散、浸入し易いため、好ましくない。   The transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention has a kurtosis Rku of the surface roughness curve of Rku ≦ 3. That is, a thin film surface having a small cross-sectional curve sharpness and a small atomic density gradient is formed. Thereby, it becomes difficult for water molecules to penetrate into the thin film, and as a result, a transparent conductive zinc oxide thin film excellent in moisture and heat resistance can be obtained. On the other hand, when Rku is 3 or more, it is determined that there are many broken chemical bonds near the surface, and a thin film surface with a large atomic density gradient is formed in the vicinity. As a result, water molecules are not preferable because they easily diffuse and penetrate into the thin film.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、表面の粗さ曲線のスキューネスRskがRsk<0であることが好ましい。スキューネスRskとは、基準長さ lr における曲線Z(x)の三乗平均を二乗平均平方根 Rqの三乗で割ったものであり、以下の式2で表される。   In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the skewness Rsk of the surface roughness curve is preferably Rsk <0. The skewness Rsk is obtained by dividing the cube mean of the curve Z (x) at the reference length lr by the cube of the root mean square Rq, and is expressed by the following equation (2).

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、表面の粗さ曲線のスキューネスRskがRsk<0であることが好ましく、つまり、表面形状の曲線の分布が上側になだらかな状態となっている。これにより、最表面では、化学結合の壊れた状態が少なく、表面付近での原子密度勾配が小さい。それゆえ、水分子が薄膜内に拡散、浸入し難くなり、その結果、耐湿熱性に優れた透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。Rskが0以上である場合、表面形状の曲線の分布が上側に急峻なとがった状態となっている。これにより、最表面では、化学結合の壊れた状態が多く、表面付近での原子密度勾配が大きくなる。それゆえ、水分子が薄膜内に浸入し易くなり、その結果、十分な耐湿熱性が得られないため好ましくない。   In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the skewness Rsk of the surface roughness curve is preferably Rsk <0, that is, the distribution of the surface shape curve is in a gentle state on the upper side. Thereby, on the outermost surface, there are few broken chemical bonds, and the atomic density gradient near the surface is small. Therefore, it becomes difficult for water molecules to diffuse and penetrate into the thin film, and as a result, a transparent conductive zinc oxide thin film having excellent moisture and heat resistance can be obtained. When Rsk is greater than or equal to 0, the distribution of the surface shape curve is steeply upward. As a result, the chemical bond is often broken at the outermost surface, and the atomic density gradient near the surface is increased. Therefore, water molecules are likely to enter the thin film, and as a result, sufficient moisture and heat resistance cannot be obtained.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、波長500−565nmにおける光吸収率が0.8%以下である。
人間の視細胞には、杆体細胞、錐体細胞の二種類が有る。錐体と杆体とでは、最大視感効率をもたらす光の波長が異なる。錐体が働いている明るい場所では、長波長域、赤が明るく鮮やかにみえているのに対し、暗くなり、杆体が働き出して来ると、短波長域の光に対する感度が相対的に高くなり、青が明るく鮮やかに見えるようになる。そのため、明るさによる視細胞の感度曲線杆体は510nm付近の波長で最大感度であるのに対し、錐体のそれは555nm付近となる。この現象は、発見者の名前を取って「プルキンエ現象」と呼称される。透明導電膜としての透過率を向上させる1つの要因として、光吸収率を考慮すると、光吸収率(A,単位%)は波長領域500nmから565nmの範囲内でより低いことが望ましく、0.8%以下が望ましい。ここで光吸収率は分光光度計で得られる透過率(T、単位%)と反射率(R,単位%)とから、A=100−T−Rで得られる。
The transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention has an optical absorptance of 0.8% or less at a wavelength of 500 to 565 nm.
There are two types of human photoreceptors: rod cells and cone cells. The wavelength of the light that provides the maximum luminous efficiency is different between the cone and the rod. In the bright place where the cone is working, the long wavelength range, red appears bright and vivid, but when it becomes darker and the rod starts working, the sensitivity to light in the short wavelength range becomes relatively high. , Blue will appear bright and vivid. Therefore, the sensitivity curve of the photoreceptor cell depending on the brightness has the maximum sensitivity at a wavelength of about 510 nm, whereas that of the cone is about 555 nm. This phenomenon is called “Purkinje phenomenon” after the name of the discoverer. As one factor for improving the transmittance of the transparent conductive film, considering the light absorption rate, the light absorption rate (A, unit%) is desirably lower in the wavelength region of 500 nm to 565 nm, 0.8 % Or less is desirable. Here, the light absorptance is obtained by A = 100−TR from the transmittance (T, unit%) and the reflectance (R, unit%) obtained by the spectrophotometer.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の膜厚は、50nm以下であり、好ましくは20〜50nmである。
一般的に、酸化亜鉛薄膜の膜厚が薄ければ薄いほど、膜厚が厚い場合に比べて、薄膜全体の体積に対する大気との接触面積の割合が大幅に増加する。加えて、酸化亜鉛薄膜の膜厚が薄ければ薄いほど結晶化しないことが多く、まれに結晶化しても配向が乱れる。よって、膜厚が薄い場合、相対的な大気との接触面積が増加し、また配向の乱れにより形成される間隙から水が吸収されやすいため、耐湿熱性が低下する。
しかしながら、本発明者らは、50nm以下という極薄レベルまで薄くしても膜の構造特性を維持することに成功し、これにより光透過率の波長依存性を低減し且つ耐湿熱性の低下を最小限にとどめられた透明導電性酸化亜鉛薄膜を発明するに至った。
膜厚が50nm以下であることにより、高い光透過率を有し、光透過率の波長依存性が低減された透明導電性酸化亜鉛薄膜とすることができる。また、原料コストおよび成膜中にかかる生産コストを合わせた総コストにおいてより安価となることから優位である。
強度の点から膜厚は20nm以上とすることが好ましい。
The film thickness of the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention is 50 nm or less, preferably 20 to 50 nm.
In general, the thinner the zinc oxide thin film, the greater the ratio of the contact area with the atmosphere to the volume of the entire thin film, as compared to the case where the film thickness is large. In addition, the thinner the zinc oxide thin film, the more often it does not crystallize, and the orientation is disturbed even in rare cases. Therefore, when the film thickness is thin, the relative contact area with the atmosphere increases, and water is easily absorbed from the gap formed by the disorder of orientation, so that the moisture and heat resistance is lowered.
However, the present inventors have succeeded in maintaining the structural characteristics of the film even when thinned to an ultrathin level of 50 nm or less, thereby reducing the wavelength dependence of light transmittance and minimizing the degradation of moisture and heat resistance. The inventors have invented a transparent conductive zinc oxide thin film that is limited to the limit.
When the film thickness is 50 nm or less, a transparent conductive zinc oxide thin film having high light transmittance and reduced wavelength dependency of light transmittance can be obtained. Further, it is advantageous because the total cost including the raw material cost and the production cost during the film formation becomes lower.
From the viewpoint of strength, the film thickness is preferably 20 nm or more.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験を行ったとき、環境試験前の比抵抗に対する環境試験後の比抵抗の相対変化率が15%以下、好ましくは10%以下である。
比抵抗の相対変化率Δρは以下の式で表される。
Δρ={(ρ−ρ)/ρ}×100
ρ:環境試験後の薄膜の比抵抗 ρ:環境試験前の薄膜の比抵抗
When the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention was subjected to an environmental test for 500 hours at 60 ° C. and a relative humidity of 95%, the relative change rate of the specific resistance after the environmental test with respect to the specific resistance before the environmental test was 15% or less, preferably 10% or less.
The relative change rate Δρ of the specific resistance is expressed by the following equation.
Δρ = {(ρ−ρ 0 ) / ρ 0 } × 100
ρ: Specific resistance of thin film after environmental test ρ 0 : Specific resistance of thin film before environmental test

上述したように、一般的に酸化亜鉛薄膜の膜厚が薄ければ薄いほど耐湿熱性は低下する。本発明は膜厚50nm以下でも、60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験を行ったとき、環境試験前の比抵抗に対する環境試験後の比抵抗の相対変化率が15%以下、好ましくは10%以下であり、非常に優れた耐湿熱性を有する。   As described above, in general, the thinner the zinc oxide thin film is, the lower the moisture and heat resistance is. In the present invention, even when the film thickness is 50 nm or less, when the environmental test is performed for 500 hours under the conditions of 60 ° C. and 95% relative humidity, the relative change rate of the specific resistance after the environmental test with respect to the specific resistance before the environmental test is 15%. In the following, it is preferably 10% or less, and has very excellent wet heat resistance.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、波長400−1400nmにおける光透過率の最大値と最小値の差が15%以下であり、光透過率の波長依存性が非常に小さい。光透過率の波長依存性が非常に小さいことにより、光制御が容易になるという利点がある。   In the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the difference between the maximum value and the minimum value of the light transmittance at a wavelength of 400 to 1400 nm is 15% or less, and the wavelength dependency of the light transmittance is very small. Since the wavelength dependency of the light transmittance is very small, there is an advantage that the light control becomes easy.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、波長400−780nmにおける平均可視光透過率が80%以上であることが好ましく、波長400−1400nmにおける可視光領域から近赤外領域における平均光透過率が85%以上であればより好ましい。この広範囲な波長領域において実現する優れた透明性により、液晶ディスプレイ、タッチスクリーン(タッチパネル)、有機EL、発光ダイオード用電極、(薄膜)太陽電池等、広範囲での透明電極利用が可能となる。加えて、耐湿熱性が高いことから可燃性ガスに対する化学センサー(例:水素センサー、一酸化炭素センサーなど)への応用へも可能となる。   The transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention preferably has an average visible light transmittance of 80% or more at a wavelength of 400 to 780 nm, and an average light transmittance from a visible light region to a near infrared region at a wavelength of 400 to 1400 nm. It is more preferable if it is 85% or more. Due to the excellent transparency realized in this wide wavelength range, it is possible to use a transparent electrode in a wide range such as a liquid crystal display, a touch screen (touch panel), an organic EL, a light emitting diode electrode, a (thin film) solar cell and the like. In addition, because of its high resistance to moist heat, it can be applied to chemical sensors for flammable gases (eg, hydrogen sensors, carbon monoxide sensors, etc.).

次いで、本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造方法について、図を参照して以下に説明する。   Subsequently, the manufacturing method of the transparent conductive zinc oxide thin film of this invention is demonstrated below with reference to figures.

まず、本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造方法を実施するのに好適なイオンプレーティング装置について図1を参照して説明する。   First, an ion plating apparatus suitable for carrying out the method for producing a transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造方法に用いるイオンプレーティング装置の概略図である。
イオンプレーティング装置(10)は、成膜室である真空容器(12)と、真空容器(12)中にプラズマビームPBを供給するプラズマ源であるプラズマガン(プラズマビーム発生器)(14)と、真空容器(12)内の底部に配置されてプラズマビームPBが入射する陽極部材(16)と、成膜の対象である基板Wを保持する基板保持部材WHを陽極部材(16)の上方で適宜移動させる搬送機構(18)とを備える。
FIG. 1 is a schematic view of an ion plating apparatus used in the method for producing a transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention.
The ion plating apparatus (10) includes a vacuum vessel (12) as a film forming chamber, a plasma gun (plasma beam generator) (14) as a plasma source for supplying a plasma beam PB into the vacuum vessel (12), and An anode member (16) that is disposed at the bottom of the vacuum vessel (12) and receives the plasma beam PB and a substrate holding member WH that holds the substrate W to be deposited are disposed above the anode member (16). And a transport mechanism (18) to be moved appropriately.

プラズマガン(14)は、圧力勾配型であり、その本体部分は真空容器(12)の側壁に備えられる。プラズマガン(14)の陰極(14a)、中間電極(14b)、(14c)、電磁石コイル(14d)およびステアリングコイル(14e)への給電を調整することにより、真空容器(12)中に供給されるプラズマビームPBの強度や分布状態が制御される。なお、参照符号(20a)は、プラズマビームPBのもととなる、Ar等の不活性ガスからなるキャリアガスの導入路を示す。   The plasma gun (14) is a pressure gradient type, and its main body is provided on the side wall of the vacuum vessel (12). By supplying power to the cathode (14a), intermediate electrode (14b), (14c), electromagnet coil (14d) and steering coil (14e) of the plasma gun (14), it is supplied into the vacuum vessel (12). The intensity and distribution state of the plasma beam PB is controlled. Reference numeral (20a) indicates a carrier gas introduction path made of an inert gas such as Ar, which is the source of the plasma beam PB.

陽極部材(16)は、プラズマビームPBを下方に導く主陽極であるハース(16a)と、その周囲に配置された環状の補助陽極(16b)とからなる。   The anode member (16) includes a hearth (16a) which is a main anode for guiding the plasma beam PB downward, and an annular auxiliary anode (16b) arranged around the hearth.

ハース(16a)は、適当な正電位に制御されており、プラズマガン(14)から出射したプラズマビームPBを下方に吸引する。ハース(16a)は、プラズマビームPBが入射する中央部に貫通孔THが形成されており、貫通孔THにターゲット(22)が装填されている。ターゲット(22)は、柱状若しくは棒状に成形されたタブレットであり、プラズマビームPBからの電流によって加熱されて昇華し、蒸着物質を生成する。ハース(16a)はターゲット(22)を徐々に上昇させる構造を有しており、ターゲット(22)の上端は常に一定量だけハース(16a)の貫通孔THから突出している。   The hearth (16a) is controlled to an appropriate positive potential and sucks the plasma beam PB emitted from the plasma gun (14) downward. In the hearth (16a), a through hole TH is formed at a central portion where the plasma beam PB is incident, and a target (22) is loaded in the through hole TH. The target (22) is a tablet formed into a columnar shape or a rod shape, and is heated by current from the plasma beam PB and sublimates to generate a vapor deposition material. The hearth (16a) has a structure for gradually raising the target (22), and the upper end of the target (22) always protrudes from the through hole TH of the hearth (16a) by a certain amount.

補助陽極(16b)は、ハース(16a)の周囲に同心に配置された環状の容器で構成され、容器内には、永久磁石(24a)とコイル(24b)とが収容されている。これら永久磁石(24a)およびコイル(24b)は、磁場制御部材であり、ハース(16a)の直上にカスプ状磁場を形成し、これにより、ハース(16a)に入射するプラズマビームPBの向きが制御され、修正される。   The auxiliary anode (16b) is composed of an annular container disposed concentrically around the hearth (16a), and a permanent magnet (24a) and a coil (24b) are accommodated in the container. The permanent magnet (24a) and the coil (24b) are magnetic field control members that form a cusp-like magnetic field directly above the hearth (16a), thereby controlling the direction of the plasma beam PB incident on the hearth (16a). And amended.

搬送機構(18)は、搬送路(18a)内に水平方向に等間隔で配列されて基板保持部材WHを支持する多数のコロ(18b)と、コロ(18b)を回転させて基板保持部材WHを所定の速度で水平方向に移動させる図示しない駆動装置とを備える。基板保持部材WHに基板Wが保持される。この場合、基板Wを搬送する搬送機構(18)を設けることなく、真空容器(12)の内部の上方に基板Wを固定して配置してもよい。   The transport mechanism (18) has a large number of rollers (18b) arranged in the transport path (18a) at equal intervals in the horizontal direction to support the substrate holding member WH, and rotates the rollers (18b) to rotate the substrate holding member WH. And a drive device (not shown) that moves the motor in the horizontal direction at a predetermined speed. The substrate W is held by the substrate holding member WH. In this case, the substrate W may be fixedly disposed above the inside of the vacuum vessel (12) without providing the transport mechanism (18) for transporting the substrate W.

真空容器(12)には、酸素ガス容器(19)中の酸素ガスがマスフローメータ(21)によって流量を所定量に調整されながら供給される。なお、参照符号(20b)は酸素以外の雰囲気ガスを供給するための供給路を示し、また、参照符号(20c)はAr等の不活性ガスをハース(16a)に供給するための供給路を示し、また、参照符号(20d)は排気系を示す。   The oxygen gas in the oxygen gas container (19) is supplied to the vacuum container (12) while the flow rate is adjusted to a predetermined amount by the mass flow meter (21). Reference numeral (20b) indicates a supply path for supplying an atmospheric gas other than oxygen, and reference numeral (20c) indicates a supply path for supplying an inert gas such as Ar to the hearth (16a). Reference numeral (20d) denotes an exhaust system.

上記のように構成したイオンプレーティング装置(10)を用いたイオンプレーティング方法を説明する。   An ion plating method using the ion plating apparatus (10) configured as described above will be described.

まず、真空容器(12)の下部に配置されたハース(16a)の貫通孔THにターゲット(22)を装着する。
本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造方法は、ターゲット(22)として、Ga及び/又はAlからなる第1元素又はその化合物と、In、Bi、Se、Ce、Cu、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素又はその化合物が添加された酸化亜鉛の焼結体を用いることを特徴とする。
上記ターゲットを用いることにより、Ga及び/又はAlからなる第1元素に加えて、In、Bi、Se、Ce、Cu、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素を含有する透明導電性酸化亜鉛薄膜を製造することができ、この薄膜は、耐湿熱性、光透過性及び導電性に優れる。
First, the target (22) is mounted in the through hole TH of the hearth (16a) disposed at the lower part of the vacuum vessel (12).
The method for producing a transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention comprises, as a target (22), a first element composed of Ga and / or Al or a compound thereof, and In, Bi, Se, Ce, Cu, Er, and Eu. A sintered body of zinc oxide to which a second element selected from the group or a compound thereof is added is used.
By using the target, in addition to the first element composed of Ga and / or Al, the second element composed of at least one selected from the group consisting of In, Bi, Se, Ce, Cu, Er, and Eu. A transparent conductive zinc oxide thin film can be produced, and this thin film is excellent in heat and moisture resistance, light transmittance, and conductivity.

本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜の製造方法において、イオンプレーティング用ターゲット(22)に含まれるZnと第2元素の原子数量比(第2元素/Zn)は0.15〜0.46%であることが好ましい。
Znと第2元素の原子数量比(第2元素/Zn)が0.15%未満であると、製造される酸化亜鉛薄膜の耐湿熱性を充分に向上させることができないため、好ましくない。
Znと第2元素の原子数量比(第2元素/Zn)が0.46%を超えると、製造される酸化亜鉛薄膜の比抵抗が大きくなってしまい、且つ光透過率が低下するため、好ましくない。
In the method for producing a transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention, the atomic quantity ratio of Zn to the second element (second element / Zn) contained in the ion plating target (22) is 0.15 to 0.46%. It is preferable that
If the atomic quantity ratio of Zn to the second element (second element / Zn) is less than 0.15%, the wet heat resistance of the manufactured zinc oxide thin film cannot be sufficiently improved, which is not preferable.
If the atomic quantity ratio of Zn to the second element (second element / Zn) exceeds 0.46%, the specific resistance of the zinc oxide thin film to be produced increases and the light transmittance decreases. Absent.

イオンプレーティング用ターゲットに含まれる第1元素の含有量は0.1〜6重量%が好ましい。
第1元素の含有量が0.1重量%未満であると、製造される酸化亜鉛薄膜の導電性を充分に向上させることができないため、好ましくない。
第1元素の含有量が6重量%を超えると、製造される酸化亜鉛薄膜の導電性が急激に減少するため、好ましくない。
The content of the first element contained in the ion plating target is preferably 0.1 to 6% by weight.
If the content of the first element is less than 0.1% by weight, the conductivity of the manufactured zinc oxide thin film cannot be sufficiently improved, which is not preferable.
When the content of the first element exceeds 6% by weight, the conductivity of the manufactured zinc oxide thin film is rapidly decreased, which is not preferable.

次いで、ハース(16a)の上方の対向する位置に基板Wを配置する。   Next, the substrate W is placed at an opposing position above the hearth (16a).

次いで、成膜条件に応じたプロセスガスを真空容器(12)の内部に導入する。
酸素ガス容器(19)から真空容器(12)の内部に酸素が供給される。酸素流量は特に限定されないが5〜30sccmが好ましく、5〜20sccmがより好ましい。酸素流量が5sccm未満であると、透明導電性酸化亜鉛薄膜の耐湿熱性が劣化し、60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験前後における比抵抗の相対変化率が大きくなってしまうため好ましくない。
酸素流量が30sccmを超えると、得られる透明導電性酸化亜鉛薄膜の比抵抗が大きくなってしまい、また、60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験後の薄膜の比抵抗も大きくなってしまい、導電膜として不適な膜となってしまうので好ましくない。
Next, a process gas corresponding to the film forming conditions is introduced into the vacuum vessel (12).
Oxygen is supplied from the oxygen gas container (19) into the vacuum container (12). The oxygen flow rate is not particularly limited, but is preferably 5 to 30 sccm, and more preferably 5 to 20 sccm. When the oxygen flow rate is less than 5 sccm, the heat-and-moisture resistance of the transparent conductive zinc oxide thin film deteriorates, and the relative change rate of the specific resistance increases before and after the environmental test for 500 hours under the conditions of 60 ° C. and 95% relative humidity. Therefore, it is not preferable.
When the oxygen flow rate exceeds 30 sccm, the specific resistance of the obtained transparent conductive zinc oxide thin film becomes large, and the specific resistance of the thin film after an environmental test for 500 hours at 60 ° C. and a relative humidity of 95% is also obtained. Since it will become large and will become a film | membrane unsuitable as a electrically conductive film, it is unpreferable.

プラズマガン(14)の陰極(14a)およびハース(16a)間に直流電圧を印加する。   A DC voltage is applied between the cathode (14a) and the hearth (16a) of the plasma gun (14).

そして、プラズマガン(14)の陰極(14a)とハース(16a)との間で放電を生じさせ、これにより、プラズマビームPBを生成する。プラズマビームPBは、ステアリングコイル(14)と補助陽極(16b)内の永久磁石(24a)等とによって決定される磁界に案内されてハース(16a)に到達する。この際、ターゲット(22)の周囲にアルゴンガスが供給されるので、容易にプラズマビームPBがハース(16a)に引き寄せられる。   Then, a discharge is generated between the cathode (14a) and the hearth (16a) of the plasma gun (14), thereby generating a plasma beam PB. The plasma beam PB is guided by a magnetic field determined by the steering coil (14) and the permanent magnet (24a) in the auxiliary anode (16b) and reaches the hearth (16a). At this time, since argon gas is supplied around the target (22), the plasma beam PB is easily attracted to the hearth (16a).

プラズマに曝されたターゲット(22)は、徐々に加熱される。ターゲット(22)が十分に加熱されると、ターゲット(22)が昇華し、蒸着物質が蒸発(出射)する。蒸着物質は、プラズマビームPBによりイオン化され、基板Wに付着(入射)し、成膜される。   The target (22) exposed to the plasma is gradually heated. When the target (22) is sufficiently heated, the target (22) sublimates and the vapor deposition material evaporates (emits). The vapor deposition material is ionized by the plasma beam PB, adheres (incides) to the substrate W, and is formed into a film.

なお、永久磁石(24a)およびコイル(24b)によってハース(16a)の上方の磁場を制御することにより、蒸着物質の飛行方向を制御することができるため、ハース(16a)の上方におけるプラズマの活性度分布や基板Wの反応性分布に合わせて基板Wの上の成膜速度分布を調整でき、広い面積にわたって均一な膜質の薄膜を得ることができる。   In addition, since the flight direction of the vapor deposition material can be controlled by controlling the magnetic field above the hearth (16a) by the permanent magnet (24a) and the coil (24b), the plasma activity above the hearth (16a) The film formation rate distribution on the substrate W can be adjusted in accordance with the degree distribution and the reactivity distribution of the substrate W, and a thin film with uniform film quality can be obtained over a wide area.

以下の実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明に係る透明導電性酸化亜鉛薄膜は、これらに限定されるものではない。   Although it demonstrates still in detail based on the following examples, the transparent conductive zinc oxide thin film concerning the present invention is not limited to these.

実施例1
ターゲットとして、Ga(純度99.9%)を3重量%、In(純度99.9%)を0.75重量%添加したZnO(純度99.99%)(ハクスイテック社製)の焼結体を用い、イオンプレーティング法によって膜厚50nmのインジウム・ガリウム添加酸化亜鉛薄膜(IGZnO薄膜)を製膜した。製膜条件を下記に示す。
(製膜条件)
基板 :厚み0.7mmの無アルカリガラス
膜厚 :50nm
基板温度 :200℃
製膜前の基板の予備加熱:なし
製膜時の圧力 :0.2Pa
製膜時の雰囲気ガス条件:アルゴン=140sccm、酸素=15sccm
製膜時の放電電流 :140A
製膜時間 :18秒
酸素流量 :15sccm
イオンプレーティング装置:住友重機械工業社製「RPD(Reactive Plasma Deposition)装置」
Example 1
As a target, ZnO (purity 99.99%) to which 3% by weight of Ga 2 O 3 (purity 99.9%) and 0.75% by weight of In 2 O 3 (purity 99.9%) were added (manufactured by Hux Itec Corp.) ) Was used to form an indium gallium-doped zinc oxide thin film (IGZnO thin film) having a thickness of 50 nm by an ion plating method. The film forming conditions are shown below.
(Film forming conditions)
Substrate: Alkali-free glass with a thickness of 0.7 mm Film thickness: 50 nm
Substrate temperature: 200 ° C
Pre-heating of substrate before film formation: None Pressure during film formation: 0.2 Pa
Atmospheric gas conditions during film formation: argon = 140 sccm, oxygen = 15 sccm
Discharge current during film formation: 140 A
Film forming time: 18 seconds Oxygen flow rate: 15 sccm
Ion plating device: “RPD (Reactive Plasma Deposition) device” manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.

比較例1
酸素流量を5sccmとしたこと以外は実施例1と同じ条件で膜厚50nmのIGZnO薄膜を製膜した。
Comparative Example 1
An IGZnO thin film having a thickness of 50 nm was formed under the same conditions as in Example 1 except that the oxygen flow rate was 5 sccm.

比較例2
ターゲットとして、Ga(純度99.9%)を3重量%添加したZnO(純度99.99%)(ハクスイテック社製)の焼結体を用い、イオンプレーティング法によって膜厚50nmのガリウム添加酸化亜鉛薄膜(GZnO薄膜)を製膜した。製膜条件を下記に示す。
(製膜条件)
基板 :厚み0.7mmの無アルカリガラス
膜厚 :50nm
基板温度 :200℃
製膜前の基板の予備加熱:なし
製膜時の圧力 :0.2Pa
製膜時の雰囲気ガス条件:アルゴン=140sccm、酸素=5sccm
製膜時の放電電流 :140A
製膜時間 :18秒
酸素流量 :5sccm
イオンプレーティング装置:住友重機械工業社製「RPD(Reactive Plasma Deposition)装置」
Comparative Example 2
As a target, a sintered body of ZnO (purity 99.99%) (manufactured by Hakusui Tech Co., Ltd.) added with 3% by weight of Ga 2 O 3 (purity 99.9%) was used, and gallium having a film thickness of 50 nm was formed by ion plating. An additive zinc oxide thin film (GZnO thin film) was formed. The film forming conditions are shown below.
(Film forming conditions)
Substrate: Alkali-free glass with a thickness of 0.7 mm Film thickness: 50 nm
Substrate temperature: 200 ° C
Pre-heating of substrate before film formation: None Pressure during film formation: 0.2 Pa
Atmospheric gas conditions during film formation: argon = 140 sccm, oxygen = 5 sccm
Discharge current during film formation: 140 A
Film formation time: 18 seconds Oxygen flow rate: 5 sccm
Ion plating device: “RPD (Reactive Plasma Deposition) device” manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.

比較例3
酸素流量を15sccmとしたこと以外は比較例2と同じ条件で膜厚50nmのGZnO薄膜を製膜した。
Comparative Example 3
A 50 nm-thick GZnO thin film was formed under the same conditions as in Comparative Example 2 except that the oxygen flow rate was 15 sccm.

実施例1及び比較例1−3の薄膜について、以下の表1に記載のパラメータを測定した。尚、比較例1及び2の薄膜は、算術平均粗さRaが大きいため、クルトシスRku及びスキューネスRskの信頼性のおけるデータが測定できなかった。   The parameters described in Table 1 below were measured for the thin films of Example 1 and Comparative Example 1-3. In addition, since the thin films of Comparative Examples 1 and 2 had a large arithmetic average roughness Ra, reliable data on the kurtosis Rku and the skewness Rsk could not be measured.

(透明導電性酸化亜鉛薄膜の特性評価)
実施例1及び比較例3の透明導電性酸化亜鉛薄膜について、耐湿熱性試験前後の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度及び光透過率を測定した。耐湿熱性試験は、60℃、相対湿度95%にセットした恒温恒湿槽で500時間の環境試験を行った。耐湿熱性試験前後における比抵抗、キャリア密度、ホール移動度、光透過率及び光吸収率を以下の方法で測定し、各パラメータの相対変化率を評価した。
(Characteristic evaluation of transparent conductive zinc oxide thin film)
For the transparent conductive zinc oxide thin film of Example 1 and Comparative Example 3, the specific resistance, carrier density, hole mobility, and light transmittance before and after the wet heat resistance test were measured. In the heat and humidity resistance test, an environmental test was conducted for 500 hours in a constant temperature and humidity chamber set at 60 ° C. and a relative humidity of 95%. The specific resistance, carrier density, hole mobility, light transmittance, and light absorption rate before and after the wet heat resistance test were measured by the following methods to evaluate the relative rate of change of each parameter.

(1)比抵抗、移動度およびキャリア密度
比抵抗、移動度およびキャリア密度は、ACCENT社製のHL5500PC型HALL効果装置を用いてVan der Pauw法により、室温で測定した。
(1) Specific Resistance, Mobility, and Carrier Density Specific resistance, mobility, and carrier density were measured at room temperature by the Van der Pauw method using an ACCENT HL5500PC HALL effect device.

(2)光透過率
波長350−2000nmの光透過率を、日立ハイテクノロジーズ社製のU−4100型分光光度計を用いて測定した。
(2) Light transmittance The light transmittance with a wavelength of 350-2000 nm was measured using a U-4100 type spectrophotometer manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.

(3)光吸収率
波長500−565nmの光吸収率を、日立ハイテクノロジーズ社製のU−4100型分光光度計を用いて測定した。
(3) Light Absorption Rate The light absorption rate at a wavelength of 500 to 565 nm was measured using a U-4100 type spectrophotometer manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.

結果を下記表2に示す。   The results are shown in Table 2 below.

表2に示すように、比較例3の耐熱性試験後の比抵抗の相対変化率は66.25%と非常に大きい値であるのに対し、実施例1の耐熱性試験後の比抵抗の相対変化率は7.37%と非常に小さい値となっている。また、キャリア密度及びホール移動度についても、実施例1の相対変化率は比較例3に比べて非常に小さい値となっている。
この結果から、実施例1の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、膜厚50nmという極薄レベルであっても耐湿熱性が非常に優れていることがわかる。
As shown in Table 2, the relative change rate of the specific resistance after the heat resistance test of Comparative Example 3 is a very large value of 66.25%, whereas the specific resistance of the specific resistance after the heat resistance test of Example 1 is The relative rate of change is a very small value of 7.37%. As for the carrier density and the hole mobility, the relative change rate of Example 1 is very small as compared with Comparative Example 3.
From this result, it can be seen that the transparent conductive zinc oxide thin film of Example 1 is very excellent in moisture and heat resistance even at an extremely thin level of 50 nm.

次いで、実施例1及び比較例3の透明導電性酸化亜鉛薄膜における波長350−2000nmの光透過率と、実施例1及び比較例1〜3の透明導電性酸化亜鉛薄膜における波長500−565nmの光吸収率を、日立ハイテクノロジーズ社製のU−4100型分光光度計を用いて測定した。   Then, the light transmittance of wavelength 350-2000 nm in the transparent conductive zinc oxide thin film of Example 1 and Comparative Example 3, and the light of wavelength 500-565 nm in the transparent conductive zinc oxide thin film of Example 1 and Comparative Examples 1-3. The absorptance was measured using a U-4100 type spectrophotometer manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.

図2及び3は、比較例3のGZnO薄膜と実施例1のIGZnO薄膜の波長と光透過率の関係を示すグラフであり、図2は耐湿熱性試験前、図3は耐湿熱性試験後の波長と光透過率の関係を示すグラフである。
図4は、実施例1のIGZnO薄膜の耐湿熱性試験前後の波長と光透過率の関係を示すグラフである。
図2及び3において、比較例3のGZnO薄膜と実施例1のIGZnO薄膜は、耐湿熱性試験の前後ともにほぼ同じ曲線を描いている。故に、Inを同時添加しても波長と光透過率の関係に影響を及ぼさないことがわかる。
図4から、耐湿熱性試験の前後において実施例1のIGZnO薄膜の光透過率はほぼ変化していないことがわかる。
2 and 3 are graphs showing the relationship between the wavelength and the light transmittance of the GNZnO thin film of Comparative Example 3 and the IGZnO thin film of Example 1, FIG. 2 is before the wet heat resistance test, and FIG. 3 is the wavelength after the wet heat resistance test. It is a graph which shows the relationship between light transmittance.
4 is a graph showing the relationship between the wavelength and light transmittance before and after the wet heat resistance test of the IGZnO thin film of Example 1. FIG.
2 and 3, the GZnO thin film of Comparative Example 3 and the IGZnO thin film of Example 1 have substantially the same curves before and after the wet heat resistance test. Therefore, it can be seen that simultaneous addition of In does not affect the relationship between wavelength and light transmittance.
FIG. 4 shows that the light transmittance of the IGZnO thin film of Example 1 is almost unchanged before and after the wet heat resistance test.

図5は、実施例1及び比較例1〜3の光吸収率を示すグラフである。ここで光吸収率は、分光光度計で得られる透過率(T、単位%)と反射率(R,単位%)とから、A=100−T−Rで得た値である。実施例1の薄膜の波長500−565nmにおける光吸収率は、耐湿熱性試験前において0.6%<A<0.7%であり、波長510nmでA=0.64%、波長555nmでA=0.62%である。耐湿熱性試験後においても、波長500−565nmにおいて光吸収率は0.8以下であり、非常に低い値となっている。
一方、比較例1及び2の薄膜の波長500−565nmにおける光吸収率は、実施例1の薄膜に比べて高い値となっている。また、比較例3の薄膜の光吸収率は、比較例1及び2の薄膜に比べると低いものの、実施例1の薄膜に比べると高い値となっている。また、比較例3の薄膜は、表2に示されるように耐湿熱性の点で好ましくない薄膜である。
FIG. 5 is a graph showing the light absorptance of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. Here, the light absorptance is a value obtained by A = 100−TR from the transmittance (T, unit%) and the reflectance (R, unit%) obtained by the spectrophotometer. The light absorptance of the thin film of Example 1 at a wavelength of 500 to 565 nm is 0.6% <A <0.7% before the moisture and heat resistance test, A = 0.64% at a wavelength of 510 nm, and A = at a wavelength of 555 nm. 0.62%. Even after the wet heat resistance test, the light absorption is 0.8 or less at a wavelength of 500 to 565 nm, which is a very low value.
On the other hand, the light absorptance of the thin films of Comparative Examples 1 and 2 at a wavelength of 500 to 565 nm is higher than that of the thin film of Example 1. The light absorption rate of the thin film of Comparative Example 3 is lower than that of Comparative Examples 1 and 2, but is higher than that of Example 1. Further, the thin film of Comparative Example 3 is an unfavorable thin film in terms of moisture and heat resistance as shown in Table 2.

以上のことから、本発明の透明導電性酸化亜鉛薄膜は、膜厚50nm以下という極薄レベルであっても、耐湿熱性に優れ、且つ光吸収率が低く光透過率の波長依存性が低減された薄膜であるので非常に有用である。さらに、表面特性に優れているため、有機ELディスプレイなどに好適に利用することができる。   From the above, the transparent conductive zinc oxide thin film of the present invention has excellent moisture and heat resistance, low light absorption, and reduced wavelength dependence of light transmittance, even at an ultra-thin level of 50 nm or less. It is very useful because it is a thin film. Furthermore, since it has excellent surface characteristics, it can be suitably used for organic EL displays and the like.

本発明は、有機ELディスプレイなどに好適に利用されるものである。   The present invention is suitably used for an organic EL display or the like.

Claims (8)

酸化亜鉛に、Ga及び/又はAlからなる第1元素と、In、Sn、Si、Bi、Se、Ce、Cu、Mn、Er及びEuからなる群から選択される少なくとも1つからなる第2元素が添加された、以下の(1)〜(3)の特性を持つ膜厚が50nm以下の透明導電性酸化亜鉛薄膜。
(1)60℃、相対湿度95%の条件下で500時間の環境試験を行ったとき、環境試験前の比抵抗に対する環境試験後の比抵抗の相対変化率が15%以下
(2)結晶子サイズLとa軸格子定数Laとの関係がL≧100×La
(3)表面の算術平均粗さRaが0.2nm<Ra<1nm
A first element composed of Ga and / or Al and a second element composed of at least one selected from the group consisting of In, Sn, Si, Bi, Se, Ce, Cu, Mn, Er, and Eu. A transparent conductive zinc oxide thin film having a thickness of 50 nm or less and having the following characteristics (1) to (3):
(1) When an environmental test is performed for 500 hours at 60 ° C. and a relative humidity of 95%, the relative change rate of the specific resistance after the environmental test with respect to the specific resistance before the environmental test is 15% or less. (2) Crystallite The relationship between the size L and the a-axis lattice constant La is L ≧ 100 × La
(3) Arithmetic average roughness Ra of the surface is 0.2 nm <Ra <1 nm
表面の粗さ曲線のクルトシスRkuがRku≦3である請求項1記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   The transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the kurtosis Rku of the surface roughness curve is Rku ≦ 3. 表面の粗さ曲線のスキューネスRskがRsk<0である請求項1又は2記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   The transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1 or 2, wherein the skewness Rsk of the surface roughness curve is Rsk <0. 波長500−565nmにおける光吸収率が0.8%以下であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   4. The transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1, wherein the light absorptance at a wavelength of 500 to 565 nm is 0.8% or less. 波長400−1400nmにおける光透過率の最大値と最小値の差が15%以下であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   The transparent conductive zinc oxide thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein a difference between a maximum value and a minimum value of light transmittance at a wavelength of 400 to 1400 nm is 15% or less. 前記環境試験前の波長400−1400nmにおける平均光透過率に対する前記環境試験後の波長400−1400nmにおける平均光透過率の相対変化率が1%以下であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   The relative change rate of the average light transmittance at a wavelength of 400 to 1400 nm after the environmental test with respect to the average light transmittance at a wavelength of 400 to 1400 nm before the environmental test is 1% or less. The transparent conductive zinc oxide thin film according to claim 1. 前記環境試験前の比抵抗に対する前記環境試験後の比抵抗の相対変化率が10%以下であることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   The transparent conductive zinc oxide thin film according to any one of claims 1 to 6, wherein a relative change rate of a specific resistance after the environmental test with respect to a specific resistance before the environmental test is 10% or less. 前記膜厚が20〜50nmであることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の透明導電性酸化亜鉛薄膜。   The transparent conductive zinc oxide thin film according to any one of claims 1 to 7, wherein the film thickness is 20 to 50 nm.
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