JP3338085B2 - 透明導電膜 - Google Patents
透明導電膜Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、透明導電膜の改良に
かかり、さらに詳述すれば、透光性（可視光波長域で
の）が良好で、電気抵抗（以下単に「抵抗」という）が
小さく、大電流用電極として使用できるスズ添加酸化イ
ンジウム膜（以下「ＩＴＯ膜」という）に関する。
かかり、さらに詳述すれば、透光性（可視光波長域で
の）が良好で、電気抵抗（以下単に「抵抗」という）が
小さく、大電流用電極として使用できるスズ添加酸化イ
ンジウム膜（以下「ＩＴＯ膜」という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＴＯ膜は、導電性が良好で、しかも可
視光波長域での透光性が良好のため、従来から各種のデ
ィスプレイ及び太陽電池の透明電極、熱反射ガラス、防
曇、防氷、帯電防止ガラス、電磁シールガラス等に利用
されている。酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）のイオン構
造は、図８に示すように格子定数が１０．１１８オング
ストロームのbixbyite型体心立方晶であり、単位格子に
は１６分子が含まれている。図８中、黒丸がインジウム
原子を表し、白丸は酸素原子を表わしている。また、破
線は酸素欠陥位置を表わし、ここを酸素原子が埋めれば
蛍石（ＣａＦ2 ）構造になる。電子帯構造に関して説明
すれば、Ｉｎ2 Ｏ3 はエネルギーギャップが３．７ｅＶ
の絶縁体であり、価電子帯は酸素の２Ｐ状態からなり、
伝導帯はインジウムの５ｓ及び５ｐ状態からなるものと
思われる。ここで、酸化インジウムにスズを添加すると
伝導帯に電子が供給され、ｎ型の導電性を示すようにな
り、低抵抗化する。
視光波長域での透光性が良好のため、従来から各種のデ
ィスプレイ及び太陽電池の透明電極、熱反射ガラス、防
曇、防氷、帯電防止ガラス、電磁シールガラス等に利用
されている。酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）のイオン構
造は、図８に示すように格子定数が１０．１１８オング
ストロームのbixbyite型体心立方晶であり、単位格子に
は１６分子が含まれている。図８中、黒丸がインジウム
原子を表し、白丸は酸素原子を表わしている。また、破
線は酸素欠陥位置を表わし、ここを酸素原子が埋めれば
蛍石（ＣａＦ2 ）構造になる。電子帯構造に関して説明
すれば、Ｉｎ2 Ｏ3 はエネルギーギャップが３．７ｅＶ
の絶縁体であり、価電子帯は酸素の２Ｐ状態からなり、
伝導帯はインジウムの５ｓ及び５ｐ状態からなるものと
思われる。ここで、酸化インジウムにスズを添加すると
伝導帯に電子が供給され、ｎ型の導電性を示すようにな
り、低抵抗化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、現在使用さ
れているＩＴＯ膜は、１，０００オングストローム程度
の膜厚で、１×１０-4Ω・cm程度の抵抗を有し、かなり
低抵抗であるが、膜厚が増大するにつれて、図９に示す
ように膜厚の増大と共に比抵抗が単調に増大するため、
大電流用電極に利用することが難かしかった。かかる事
情のため、透明導電膜の性能、殊に大電流に利用できる
低抵抗の透明導電膜の出現が望まれていた。そこで、こ
の発明は従来のＩＴＯ膜におけるかかる難点を解消し、
透光性が良好で、しかも膜厚が増大しても低抵抗特性を
有する透明導電膜を提供しようとするものである。
れているＩＴＯ膜は、１，０００オングストローム程度
の膜厚で、１×１０-4Ω・cm程度の抵抗を有し、かなり
低抵抗であるが、膜厚が増大するにつれて、図９に示す
ように膜厚の増大と共に比抵抗が単調に増大するため、
大電流用電極に利用することが難かしかった。かかる事
情のため、透明導電膜の性能、殊に大電流に利用できる
低抵抗の透明導電膜の出現が望まれていた。そこで、こ
の発明は従来のＩＴＯ膜におけるかかる難点を解消し、
透光性が良好で、しかも膜厚が増大しても低抵抗特性を
有する透明導電膜を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、以上の目
的を達成すべく種々研究を重ね、図８に示すＩｎ2 Ｏ3
の結晶構造において、インジウムは酸素の約２／３のイ
オン半径しかないので無視し、さらに酸素欠陥も無視し
た模型を考えた場合、その稠密面は（１００）であるこ
と。また、実用の際、ＩＴＯ膜は非晶質であるガラス基
板上に製膜して使用されるため、基板からの静電ポテン
シャルは無視でき、稠密面を基板と平行にして成長する
のが理想と考えた。すなわち非晶質基板上でのＩＴＯ膜
の理想的結晶配向は（１００）であるとの考えに達し
た。そして（１００）配向のＩＴＯ膜は、電子構造すな
わち電気的光学的特性の面でも優れているものと予想さ
れ、実験事実もこのことを裏付けている。しかし、ＩＴ
Ｏ膜は厚膜化すると、膜厚が成長するにつれて成長初期
の２次元成長は３次元成長へ移行し、結晶配向も（１０
０）から（２１１）に変化し、電気的光学的特性が劣化
する傾向があることを発見した。さらに、我々は２次元
成長が支配的で（１００）配向している薄膜部のみを有
効に利用するため、透明絶縁膜とＩＴＯ膜とを交互に積
み重ね、複合構造の多段積層にすれば、積層段数を増す
につれて比抵抗を小さく抑えられ、断面積を大きくする
ことが可能であり、全体として電気抵抗が低下し、大電
流用に供しうるとの知見に達し、本発明を完成すること
ができた。
的を達成すべく種々研究を重ね、図８に示すＩｎ2 Ｏ3
の結晶構造において、インジウムは酸素の約２／３のイ
オン半径しかないので無視し、さらに酸素欠陥も無視し
た模型を考えた場合、その稠密面は（１００）であるこ
と。また、実用の際、ＩＴＯ膜は非晶質であるガラス基
板上に製膜して使用されるため、基板からの静電ポテン
シャルは無視でき、稠密面を基板と平行にして成長する
のが理想と考えた。すなわち非晶質基板上でのＩＴＯ膜
の理想的結晶配向は（１００）であるとの考えに達し
た。そして（１００）配向のＩＴＯ膜は、電子構造すな
わち電気的光学的特性の面でも優れているものと予想さ
れ、実験事実もこのことを裏付けている。しかし、ＩＴ
Ｏ膜は厚膜化すると、膜厚が成長するにつれて成長初期
の２次元成長は３次元成長へ移行し、結晶配向も（１０
０）から（２１１）に変化し、電気的光学的特性が劣化
する傾向があることを発見した。さらに、我々は２次元
成長が支配的で（１００）配向している薄膜部のみを有
効に利用するため、透明絶縁膜とＩＴＯ膜とを交互に積
み重ね、複合構造の多段積層にすれば、積層段数を増す
につれて比抵抗を小さく抑えられ、断面積を大きくする
ことが可能であり、全体として電気抵抗が低下し、大電
流用に供しうるとの知見に達し、本発明を完成すること
ができた。
【０００５】すなわち、本発明の透明導電膜は、スズ添
加酸化インジウム透明導電膜と透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜とを膜成
長方向に交互に層状に積み重ねたことを特徴とするもの
である。
加酸化インジウム透明導電膜と透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜とを膜成
長方向に交互に層状に積み重ねたことを特徴とするもの
である。
【０００６】
【作用】以上のように、スズ添加酸化インジウム透明導
電膜と透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜を、膜成長方向に交互に層状に積
層しているため、これらの透明膜はＩＴＯ膜の２次元成
長が支配的な（１００）に配向している。したがって、
ＩＴＯ膜と透明絶縁膜は交互に積み重ねられ、比抵抗が
小さく抑えられるとともに、断面積は大となり、透明導
電膜全体としての電気抵抗は大幅に低下する。
電膜と透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜を、膜成長方向に交互に層状に積
層しているため、これらの透明膜はＩＴＯ膜の２次元成
長が支配的な（１００）に配向している。したがって、
ＩＴＯ膜と透明絶縁膜は交互に積み重ねられ、比抵抗が
小さく抑えられるとともに、断面積は大となり、透明導
電膜全体としての電気抵抗は大幅に低下する。
【０００７】
【実施例】以下、図面に基づいて、この発明の代表的な
実施例について説明する。 実施例１ 図１は、この発明の第１の実施例の透明導電膜４の概略
構成を示す縦断面図である。図中１は、透明導電膜４の
ガラス基板であり、２はガラス基板上に１，０００オン
グストローム厚に製膜したＩＴＯ膜、３はＩＴＯ膜２の
膜厚方向に１，０００オングストローム厚に製膜させた
Ｉｎ2 Ｏ3 膜であり、透明導電膜４は上述したガラス基
板１上に、ＩＴＯ膜２とＩｎ2 Ｏ3 膜３を交互に層状に
５層に積層した複合構成の透明導電膜である。
実施例について説明する。 実施例１ 図１は、この発明の第１の実施例の透明導電膜４の概略
構成を示す縦断面図である。図中１は、透明導電膜４の
ガラス基板であり、２はガラス基板上に１，０００オン
グストローム厚に製膜したＩＴＯ膜、３はＩＴＯ膜２の
膜厚方向に１，０００オングストローム厚に製膜させた
Ｉｎ2 Ｏ3 膜であり、透明導電膜４は上述したガラス基
板１上に、ＩＴＯ膜２とＩｎ2 Ｏ3 膜３を交互に層状に
５層に積層した複合構成の透明導電膜である。
【０００８】この構成の透明導電膜４は、以下のように
して作製される。すなわち、まず、真空槽（以下単に
「槽」という）内に設けた基板ホルダー（図示せず）
に、ガラス基板１を保持しておき、ＳｎＯ2 を５重量％
含むＩｎ2 Ｏ3 焼結体をターゲット位置に取り付けた
後、槽内を一旦１０-5Ｔｏｒｒ程度に排気した後、槽内
に活性ガスとして、Ｏ2 ガスを１％含むＡｒガスをスパ
ッタガスとして導入し（ガス圧０．４パスカル）た後、
基板温度２５０℃、スパッタ電圧３５０Ｖで、反応性ス
パッタリングを行うと、ガラス基板１上に、１，０００
オングストローム厚のＩＴＯ膜２が形成される。次い
で、槽内を一旦曝気し、焼結体ターゲットを純粋のＩｎ
2 Ｏ3 焼結体ターゲットに代え、上述したと同じスパッ
タ条件の下でＩＴＯ膜２上に１，０００オングストロー
ム厚のＩｎ2 Ｏ3 膜３を製膜する。以上の工程を順次交
互に繰り返すことにより、上述した５層の複合構造の透
明導電膜４を形成させた。かくして得られた透明導電膜
４を実施例試料１と名付けることとする。
して作製される。すなわち、まず、真空槽（以下単に
「槽」という）内に設けた基板ホルダー（図示せず）
に、ガラス基板１を保持しておき、ＳｎＯ2 を５重量％
含むＩｎ2 Ｏ3 焼結体をターゲット位置に取り付けた
後、槽内を一旦１０-5Ｔｏｒｒ程度に排気した後、槽内
に活性ガスとして、Ｏ2 ガスを１％含むＡｒガスをスパ
ッタガスとして導入し（ガス圧０．４パスカル）た後、
基板温度２５０℃、スパッタ電圧３５０Ｖで、反応性ス
パッタリングを行うと、ガラス基板１上に、１，０００
オングストローム厚のＩＴＯ膜２が形成される。次い
で、槽内を一旦曝気し、焼結体ターゲットを純粋のＩｎ
2 Ｏ3 焼結体ターゲットに代え、上述したと同じスパッ
タ条件の下でＩＴＯ膜２上に１，０００オングストロー
ム厚のＩｎ2 Ｏ3 膜３を製膜する。以上の工程を順次交
互に繰り返すことにより、上述した５層の複合構造の透
明導電膜４を形成させた。かくして得られた透明導電膜
４を実施例試料１と名付けることとする。
【０００９】実施例２ 図２は、この発明の第２の実施例の透明導電膜５の概略
構成を示す縦断面図である。本実施例の透明導電膜５
は、ガラス基板１上に交互に積層されるＩＴＯ膜２及び
Ｉｎ2 Ｏ3 膜３が３層構造にしたこと以外は、実施例１
と全く同じ構成になっている。また、その作製方法もＩ
ＴＯ膜２が２層及びＩｎ2 Ｏ3 膜３が１層、交互に積層
される以外は実施例１の透明導電膜４と同様の工程にし
たがって形成される。 実施例３ 図３は、この発明の第３の実施例の透明導電膜６の概略
構成を示す縦断面図である。本実施例の透明導電膜６
は、ガラス基板１上にＩＴＯ膜２及びＩｎ2 Ｏ3 膜３を
交互に層状７層に積み重ねた以外は、実施例１の透明導
電膜４と全く同じ構成になっている。また、その作製方
法も、ＩＴＯ膜２が４層、Ｉｎ2 Ｏ3 膜３が３層、ＩＴ
Ｏ膜２及びＩｎ2 Ｏ3 膜３が交互に積み重ねられ７層の
複合構造の透明導電膜に形成される以外は、実施例１の
透明導電膜４と同様の工程にしたがって製造される。
構成を示す縦断面図である。本実施例の透明導電膜５
は、ガラス基板１上に交互に積層されるＩＴＯ膜２及び
Ｉｎ2 Ｏ3 膜３が３層構造にしたこと以外は、実施例１
と全く同じ構成になっている。また、その作製方法もＩ
ＴＯ膜２が２層及びＩｎ2 Ｏ3 膜３が１層、交互に積層
される以外は実施例１の透明導電膜４と同様の工程にし
たがって形成される。 実施例３ 図３は、この発明の第３の実施例の透明導電膜６の概略
構成を示す縦断面図である。本実施例の透明導電膜６
は、ガラス基板１上にＩＴＯ膜２及びＩｎ2 Ｏ3 膜３を
交互に層状７層に積み重ねた以外は、実施例１の透明導
電膜４と全く同じ構成になっている。また、その作製方
法も、ＩＴＯ膜２が４層、Ｉｎ2 Ｏ3 膜３が３層、ＩＴ
Ｏ膜２及びＩｎ2 Ｏ3 膜３が交互に積み重ねられ７層の
複合構造の透明導電膜に形成される以外は、実施例１の
透明導電膜４と同様の工程にしたがって製造される。
【００１０】比較例１ 次に、上述した各実施例の透明導電膜４、５、６との比
較のため、図４に示すごとき構成の透明導電膜７を作製
した。比較例の透明導電膜７は、ガラス基板１上に、
１，０００オングストローム厚に製膜したＩＴＯ膜２の
みで構成される単層構造の透明導電膜である。作製方法
は、実施例１と同様の真空槽内で、ＳｎＯ2 を５重量％
含むＩｎ2 Ｏ3 焼結体をターゲット位置に取付け実施例
１と同様のスパッタ条件にしたがって、ガラス基板１上
に１，０００オングストローム厚にＩＴＯ膜２を単層製
膜する。
較のため、図４に示すごとき構成の透明導電膜７を作製
した。比較例の透明導電膜７は、ガラス基板１上に、
１，０００オングストローム厚に製膜したＩＴＯ膜２の
みで構成される単層構造の透明導電膜である。作製方法
は、実施例１と同様の真空槽内で、ＳｎＯ2 を５重量％
含むＩｎ2 Ｏ3 焼結体をターゲット位置に取付け実施例
１と同様のスパッタ条件にしたがって、ガラス基板１上
に１，０００オングストローム厚にＩＴＯ膜２を単層製
膜する。
【００１１】つぎに、以上の実施例１〜３及び比較例で
得られた透明導電膜４、５、６及び７の抵抗を調べるた
め、四端子法で、最上面のＩＴＯ膜の比抵抗（Ω・cm）
を測定した。測定結果を示すと、図５のごとき特性図が
得られた。図５の横軸は各透明導電膜番号を、縦軸は比
抵抗を示す。図５の結果によれば、各透明導電膜４、
５、６、７の比抵抗はいずれも小さく抑えられており、
ＩＴＯ膜の段数を増しても、比抵抗を小さく抑えたまま
断面積を大きくすることができ、全体として電気抵抗が
低下することが確認できた。また、透明導電膜の配向状
態を調べるため、代表例として透明導電膜４のＸ線回折
パターン像を調べたところ、図６に示すごとき回析パタ
ーン像が得られた。ただし図６の横軸はブラッグ反射角
（２θ）を、縦軸は回折強度を、カウント／秒（ｃｐ
ｓ）をキロ単位で示したものである。図６中のピーク回
折パターンの反射信号が顕著な部分が膜の配向方向を示
しており、これは、Ｉｎ2Ｏ3粉末のＸ線回折パターン像
と比較すれば、図７のごとき結果が得られる。すなわ
ち、透明導電膜４の回折パターンは、Ｉｎ2Ｏ3粉末のＸ
線回折パターン像に比べて、（４００）面からの反射信
号が顕著であることが判る。したがって、透明導電膜４
のＩＴＯ膜はガラス基板面に対して（１００）配向して
いることは明らかである。
得られた透明導電膜４、５、６及び７の抵抗を調べるた
め、四端子法で、最上面のＩＴＯ膜の比抵抗（Ω・cm）
を測定した。測定結果を示すと、図５のごとき特性図が
得られた。図５の横軸は各透明導電膜番号を、縦軸は比
抵抗を示す。図５の結果によれば、各透明導電膜４、
５、６、７の比抵抗はいずれも小さく抑えられており、
ＩＴＯ膜の段数を増しても、比抵抗を小さく抑えたまま
断面積を大きくすることができ、全体として電気抵抗が
低下することが確認できた。また、透明導電膜の配向状
態を調べるため、代表例として透明導電膜４のＸ線回折
パターン像を調べたところ、図６に示すごとき回析パタ
ーン像が得られた。ただし図６の横軸はブラッグ反射角
（２θ）を、縦軸は回折強度を、カウント／秒（ｃｐ
ｓ）をキロ単位で示したものである。図６中のピーク回
折パターンの反射信号が顕著な部分が膜の配向方向を示
しており、これは、Ｉｎ2Ｏ3粉末のＸ線回折パターン像
と比較すれば、図７のごとき結果が得られる。すなわ
ち、透明導電膜４の回折パターンは、Ｉｎ2Ｏ3粉末のＸ
線回折パターン像に比べて、（４００）面からの反射信
号が顕著であることが判る。したがって、透明導電膜４
のＩＴＯ膜はガラス基板面に対して（１００）配向して
いることは明らかである。
【００１２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明にかかる透明導電膜は、ＩＴＯ膜と、透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜
とを、膜成形方向に交互に層状に積み重ねた複合構造に
なっているから、透光性と共に、電気抵抗の小さなＩＴ
Ｏ薄膜が透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜を介して積層されているため、
断面積が大となっているため、比抵抗が小さく、大電流
用の透明電極として使用することが可能であり、各分野
の透明導電用の電子材料として広汎な利用が可能であ
る。
明にかかる透明導電膜は、ＩＴＯ膜と、透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜
とを、膜成形方向に交互に層状に積み重ねた複合構造に
なっているから、透光性と共に、電気抵抗の小さなＩＴ
Ｏ薄膜が透明Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜を介して積層されているため、
断面積が大となっているため、比抵抗が小さく、大電流
用の透明電極として使用することが可能であり、各分野
の透明導電用の電子材料として広汎な利用が可能であ
る。
【図１】この発明の第１の実施例の透明導電膜の概略構
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
【図２】この発明の第２の実施例の透明導電膜の概略構
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
【図３】この発明の第３の実施例の透明導電膜の概略構
成を示す縦断面図である。
成を示す縦断面図である。
【図４】この発明の比較例の透明導電膜の概略構成を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図５】第１、第２、第３の実施例の透明導電膜及び比
較例の透明導電膜と比抵抗の関係を示す特性図である。
較例の透明導電膜と比抵抗の関係を示す特性図である。
【図６】第１の実施例の透明導電膜のＸ線回折パターン
である。
である。
【図７】第１の実施例の透明導電膜と、Ｉｎ2 Ｏ3 粉末
のＸ線回折パターンの配向性の比較図である。
のＸ線回折パターンの配向性の比較図である。
【図８】Ｉｎ2 Ｏ3 の結晶構造モデル図である。
【図９】ＩＴＯ膜の膜厚と比抵抗の関係を示す特性図で
ある。
ある。
１ ガラス基板 ２ ＩＴＯ膜 ３ Ｉｎ2 Ｏ3 膜 ４，５，６ 透明導電膜（本発明） ７ 透明導電膜（比較例）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 5/14 C30B 29/16 G02F 1/1343 H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】スズ添加酸化インジウム透明導電膜と透明
Ｉｎ 2 Ｏ 3 膜とを、膜成長方向に交互に層状に積み重ねて
成ることを特徴とする透明導電膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21489392A JP3338085B2 (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 透明導電膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21489392A JP3338085B2 (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 透明導電膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0660723A JPH0660723A (ja) | 1994-03-04 |
| JP3338085B2 true JP3338085B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=16663311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21489392A Expired - Fee Related JP3338085B2 (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 透明導電膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3338085B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010123577A (ja) * | 1997-07-08 | 2010-06-03 | Karl-Otto Platz | 電気デバイス、電気装置または照明デバイス |
| DE29711973U1 (de) * | 1997-07-08 | 1998-11-05 | Firma Glas-Platz, 51580 Reichshof | Elektrische Vorrichtung, elektrisches Gerät bzw. Beleuchtungsvorrichtung |
-
1992
- 1992-08-12 JP JP21489392A patent/JP3338085B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0660723A (ja) | 1994-03-04 |
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