JP6037239B2 - Transparent conductive film, apparatus or solar cell using the same, and method for producing transparent conductive film - Google Patents
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Description
本発明は、透明導電膜、これを用いた装置または太陽電池、及び透明導電膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a transparent conductive film, a device or solar cell using the transparent conductive film, and a method for producing a transparent conductive film.
透明導電膜は、液晶表示素子、EL(エレクトロルミネッセンス)素子等の表示素子用電極TFT、その他各種受光素子の透明電極に使用されている。しかし、その一方、透明導電膜のホール移動度の向上はこれら透明導電膜を有するすべてのデバイスの共通の課題となっている。 The transparent conductive film is used for transparent electrodes of liquid crystal display elements, electrode TFTs for display elements such as EL (electroluminescence) elements, and other various light receiving elements. However, on the other hand, improvement in hole mobility of the transparent conductive film is a common problem for all devices having these transparent conductive films.
従来透明導電膜としては、錫(Sn)を含有する酸化インジウム(ITO)からなる透明導電膜や酸化亜鉛(ZnO)からなる透明導電膜が知られている。特に最近は、ホール移動度の向上において大きな効果を有するセリウムを添加した酸化インジウムからなる透明導電膜が注目されている(特許文献1)。特許文献1では、膜中のセリウム濃度を変化させた場合のホール移動度、比抵抗、キャリア密度を調査し、セリウム濃度の最適化を検討している。
Conventionally, as a transparent conductive film, a transparent conductive film made of indium oxide (ITO) containing tin (Sn) and a transparent conductive film made of zinc oxide (ZnO) are known. Particularly recently, a transparent conductive film made of indium oxide to which cerium is added, which has a great effect on improving the hole mobility, has attracted attention (Patent Document 1). In
しかし、特許文献1では、工業的用途の真空チャンバを用いた膜成長時において、不可避的に混入する水素の影響については検討されていない。
そこで、本発明は、セリウムの濃度及び成長雰囲気中の水素源の分圧を適切に調整することにより、高いホール移動度となる透明導電膜を提供することを目的とする。
However,
Accordingly, an object of the present invention is to provide a transparent conductive film having high hole mobility by appropriately adjusting the concentration of cerium and the partial pressure of a hydrogen source in a growth atmosphere.
上記目的を達成するため、本発明に係る透明導電膜は、第1には、水素及びランタノイド系元素を含有する酸化インジウムの多結晶構造からなる透明導電膜であって、ホール移動度が120cm2/(V・s)以上であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a transparent conductive film according to the present invention is firstly a transparent conductive film having a polycrystalline structure of indium oxide containing hydrogen and a lanthanoid element, and has a hole mobility of 120 cm 2. / (V · s) or more.
上記構成により、ホール移動度を120cm2/(V・s)以上とすることにより、結晶粒界散乱の影響を低減して、高いホール移動度を有する透明導電膜となる。 With the above configuration, by setting the hole mobility to 120 cm 2 / (V · s) or higher, the influence of grain boundary scattering is reduced, and a transparent conductive film having high hole mobility is obtained.
第2には、酸化インジウムの多結晶構造からなる透明導電膜であって、前記多結晶構造を構成する多数の島状結晶と、互いに隣接する前記島状結晶の間を埋めるように配置されたバッファー結晶と、を有し、前記バッファー結晶は、前記バッファー結晶に接続する第1の島状結晶から前記バッファー結晶を経由して前記バッファー結晶に接続する第2の島状結晶に向かうにつれて、前記第1の島状結晶の結晶構造から前記第2の島状結晶の結晶構造へ連続的に変化する結晶構造を有していることを特徴とする。 The second is a transparent conductive film having a polycrystalline structure of indium oxide, which is arranged so as to fill a space between a number of island-shaped crystals constituting the polycrystalline structure and the island-shaped crystals adjacent to each other. A buffer crystal, and the buffer crystal moves from the first island crystal connected to the buffer crystal toward the second island crystal connected to the buffer crystal via the buffer crystal. It has a crystal structure that continuously changes from the crystal structure of the first island-shaped crystal to the crystal structure of the second island-shaped crystal.
上記構成により、バッファー結晶内、及び島状結晶とバッファー結晶との境界において短距離秩序性が維持される。このため、キャリアが第1の島状結晶からバッファー結晶を経由して第2の島状結晶に移動する際に受ける結晶粒界散乱を低減することができる。これにより、キャリアは主にイオン化不純物散乱の影響に伴うキャリア密度とホール移動度の関係に従った電気的特性となり、高いホール移動度を有することができる。 With the above configuration, the short-range order is maintained in the buffer crystal and at the boundary between the island-shaped crystal and the buffer crystal. For this reason, it is possible to reduce grain boundary scattering received when carriers move from the first island-shaped crystal to the second island-shaped crystal via the buffer crystal. As a result, the carriers have electrical characteristics according to the relationship between the carrier density and the hole mobility mainly due to the influence of ionized impurity scattering, and can have a high hole mobility.
第3には、セリウムを含有し、その原子組成百分率が0.23%以上であることを特徴とする。
上記構成により、透明導電膜の結晶性を高めることができる。
Third, cerium is contained, and the atomic composition percentage is 0.23% or more.
With the above structure, the crystallinity of the transparent conductive film can be increased.
本発明に係る装置は、前述の透明導電膜を有することを特徴とする。
上記構成により、結晶粒界散乱の影響を低減して、高いホール移動度を有する透明導電膜を備えた装置となる。
An apparatus according to the present invention includes the above-described transparent conductive film.
With the above configuration, the influence of the grain boundary scattering is reduced, and the device includes a transparent conductive film having a high hole mobility.
本発明に係る太陽電池は、前述の透明導電膜を有することを特徴とする。
上記構成により、結晶粒界散乱の影響を低減して、高いホール移動度を有する透明導電膜を備えた太陽電池となる。
The solar cell according to the present invention has the above-described transparent conductive film.
With the above configuration, the effect of the grain boundary scattering is reduced, and a solar cell including a transparent conductive film having high hole mobility is obtained.
本発明に係る透明導電膜の製造方法は、水素及びランタノイド系元素を含有する酸化インジウムの多結晶構造からなる透明導電膜の製造方法であって、前記ランタノイド系元素はセリウムであり、その原子組成百分率が0.23%以上を含む焼結体を蒸発源とし、かつ水素源の分圧が4.2×10 −4 Pa〜5.4×10 −4 Paとなるように水素ガスの流量を調整して、前記多結晶構造を構成する多数の島状結晶と、互いに隣接する前記島状結晶の間を埋めるように配置されたバッファー結晶と、を有し、前記バッファー結晶は、前記バッファー結晶に接続する第1の島状結晶から前記バッファー結晶を経由して前記バッファー結晶に接続する第2の島状結晶に向かうにつれて、前記第1の島状結晶の結晶構造から前記第2の島状結晶の結晶構造へ連続的に変化する結晶構造を有し、ホール移動度が120cm 2 /(V・s)以上であるように成膜することを特徴とする。
A method for producing a transparent conductive film according to the present invention is a method for producing a transparent conductive film having a polycrystalline structure of indium oxide containing hydrogen and a lanthanoid element, wherein the lanthanoid element is cerium, and its atomic composition percentage is the evaporation source a sintered body containing more than 0.23%, and the flow rate of hydrogen gas so that the partial pressure of the hydrogen source is 4.2 × 10 -4 Pa~5.4 × 10 -4 Pa And a plurality of island crystals that form the polycrystalline structure and a buffer crystal disposed so as to fill in between the adjacent island crystals, the buffer crystal being the buffer crystal From the first island-shaped crystal connected to the second island-shaped crystal connected to the buffer crystal via the buffer crystal, from the crystal structure of the first island-shaped crystal to the second island-shaped crystal Crystalline Has a crystal structure that varies continuously to crystal structure, the hole mobility is characterized by forming a film to be a
上記方法により、ホール移動度を120cm2/(V・s)以上とすることが可能となり、結晶粒界散乱の影響を低減して、高いホール移動度を有する透明導電膜を製造することができる。 By the above method, the hole mobility can be set to 120 cm 2 / (V · s) or more, and the influence of crystal grain boundary scattering can be reduced, and a transparent conductive film having high hole mobility can be manufactured. .
本発明に係る透明導電膜によれば、ホール移動度を120cm2/(V・s)以上とすることにより、結晶粒界散乱の影響を低減して、高いホール移動度を有する透明導電膜となる。 According to the transparent conductive film of the present invention, the hole mobility is 120 cm 2 / (V · s) or more, thereby reducing the influence of grain boundary scattering, and a transparent conductive film having high hole mobility. Become.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
図28に、本実施形態に係る透明導電膜を成長するための成膜装置の模式図を示す。本実施形態の成膜装置100(HDPE装置)は、ロードロックチャンバ102と、ヒーティングチャンバ104と、成膜チャンバ110を備えている。また、図示は省略しているが、各チャンバには真空ポンプが取り付けられている。
FIG. 28 is a schematic diagram of a film forming apparatus for growing a transparent conductive film according to this embodiment. A film forming apparatus 100 (HDPE apparatus) according to this embodiment includes a
本実施形態で用いる基板10は、ガラス基板、多結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板、及び実質的に真性なi型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層をこの順序で備えてなる上表面が前記p型アモルファスシリコン層である単結晶シリコン基板等が適用される。
The
本実施形態の透明導電膜12は、基板10上で成長するものであり、水素(H)を含有するとともに、セリウム(Ce)を含有し、主成分が酸化インジウムからなる膜である。そして、透明導電膜12は、実質的に多結晶構造からなり、後述の島状結晶及びバッファー結晶からなる結晶構造(または多数のコラム状の結晶構造)からなり、極めて少ないが、非晶質部分も有する。また、本実施形態の透明導電膜12は、ホール移動度が120cm2/(V・s)以上有することを特徴としている(後述の実施例1、実施例2、実施例3等)。
The transparent
ロードロックチャンバ102は、真空状態で基板10の出し入れを行う基板搬送機構(不図示)を備えている。ヒーティングチャンバ104は、基板10を加熱するヒータ106を備えている。
The
成膜チャンバ110の上部には、基板10の透明導電膜12を成長させる面が下向きとなるように基板10を支持するホルダ(不図示)が配置されている。一方、成膜チャンバ110の下部には、蒸発源を収容するつぼ112、ガスを供給する導入管116,118,120,122、アークプラズマガン114、質量分析装置124が取り付けられている。
A holder (not shown) that supports the
るつぼ112に収容する蒸発源は、In2O3の粉末の焼結体、または、In2O3の粉末に酸化セリウム(CeO2)を所定量混合させた焼結体である。アークプラズマガン114には、導入管116を介してアルゴンが供給される。導入管118,120,122からは、それぞれ酸素ガス、水素ガス、アルゴンガスが導入される。
Evaporation source to be accommodated in the crucible 112, a sintered body of a powder of an In 2 O 3, or a sintered body of powder of cerium oxide of In 2 O 3 (CeO 2) by a predetermined amount mixed. Argon is supplied to the
成膜装置100では、アークプラズマガン114に内蔵されたカソードから放出される電子を磁場によってガイドし、るつぼ112に仕込まれた蒸発源に集中照射する。この電子流に沿ってプラズマが形成されるため、比較的弱い磁場で電子流を制御し、プラズマビームの形状を制御することができる。電子ビーム加熱によって気化した蒸発源や酸素ガス及び水素ガスは、このプラズマ内で活性化する。基板10の下面には、アルゴン、酸素及び水素の雰囲気中で、水素を含有する多結晶の透明導電膜12が堆積する。
In the
成膜チャンバ110の成長雰囲気中における水素源の分圧は質量分析計124を用いてマススペクトルを測定することでモニタリングし、導入管118,120,122からの酸素ガス、水素ガス及びアルゴンガスの導入量(マスフローコントローラーの開度)を制御する。なお、成膜チャンバ110内の透明導電膜12の成長時の圧力は100Pa程度に制御している。
The partial pressure of the hydrogen source in the growth atmosphere of the
ここで、成長雰囲気中の水素源の分圧は、透明導電膜12である酸化インジウム(アニール前)中の水素の組成比に比例すると考えられる。一方、成膜装置10を含め一般の結晶成長用の真空装置においては、Oリングやチャンバの外壁材料に包含される、あるいは表面に吸着している水分や水素が成長雰囲気中に一定量漏れ出す。このため、導入管120から水素ガスを導入しなくても透明導電膜12中に水素は必念的に一定量ドープされることになる。本実施形態では、プロセスガス中(成長雰囲気中)の水素ガス濃度を0%〜2.0%とすることで、水素源の分圧を制御するが、0%でも水素源の分圧はゼロにはならず、残留ガス分圧(4.0×10−4Pa)として存在する。
Here, the partial pressure of the hydrogen source in the growth atmosphere is considered to be proportional to the composition ratio of hydrogen in indium oxide (before annealing) which is the transparent
また、焼結体のみで透明導電膜12を成膜すると膜中の酸素が枯渇した状態となる。よって、成長雰囲気中の酸素の分圧を導入管120から導入する酸素源により高める。これにより、透明導電膜12である酸化インジウム中の酸素の組成比を高め、透明導電膜12の結晶性を高めることができる。
Further, when the transparent
本願発明者は、以下の実施例及び比較例に示す透明導電膜12を成膜し、透明導電膜12に対して、四端子法による抵抗率、ホール効果測定によるキャリア密度、Van der Pauw法によるホール移動度をそれぞれ測定した。なお、前述のように、基板10は、ヒーティングチャンバ102のヒータ21により加熱可能であるが、以下の実施例及び比較例においては、ヒータ21を使用した成膜前の基板10の加熱は実施していない。
The inventor of the present application forms the transparent
[実施例1]
CeO2粉末を3wt%含むIn2O3粉末の焼結体を蒸発源とし、かつ水素源の分圧が8.2×10−4Paとなるように水素ガスを供給し、アルゴンに対する酸素の導入比を7.5%〜15%の範囲で変化させて一連の透明導電膜12を成膜した。その後、それぞれ大気中において200℃で30分アニールした。
[実施例2]
実施例1に類似するが、CeO2粉末を2wt%含むIn2O3粉末の焼結体を用いた点で実施例1と相違する。
[実施例3]
実施例1に類似するが、CeO2粉末を1wt%含むIn2O3粉末の焼結体を用いた点で実施例1と相違する。
[比較例1]
実施例1に類似するが、水素ガスを供給しない点で実施例1に相違する。ただし、分圧が4.0×10−4Paとなる水素源が成長雰囲気のバックグラウンドとして存在する。
[比較例2]
実施例1に類似するが、水素源の分圧が9.4×10−4Paとなるように水素ガスを供給した点で相違する。
[比較例3]
実施例1に類似するが、水素源の分圧が1.0×10−3Paとなるように水素ガスを供給した点で相違する。
[比較例4]
実施例1に類似するが、水素源の分圧が1.2×10−3Paとなるように水素ガスを供給した点で相違する。
[比較例5]
実施例1に類似するが、CeO2粉末を含有しない(CeO2粉末の含有量が0wt%)In2O3粉末の焼結体を用いた点で実施例1と相違する。
[比較例6]
実施例1に類似するが、CeO2粉末を含有しないIn2O3粉末の焼結体を用いた点、及び水素源の分圧が1.2×10−3Paとなるように水素ガスを供給した点で実施例1と相違する。
[Example 1]
Using a sintered body of In 2 O 3 powder containing 3 wt% of CeO 2 powder as an evaporation source and supplying hydrogen gas so that the partial pressure of the hydrogen source is 8.2 × 10 −4 Pa, oxygen with respect to argon A series of transparent
[Example 2]
Similar to Example 1, but different from Example 1 in that a sintered body of In 2 O 3 powder containing 2 wt% of CeO 2 powder was used.
[Example 3]
Similar to Example 1, but different from Example 1 in that a sintered body of In 2 O 3 powder containing 1 wt% of CeO 2 powder was used.
[Comparative Example 1]
Similar to Example 1, but differs from Example 1 in that no hydrogen gas is supplied. However, a hydrogen source having a partial pressure of 4.0 × 10 −4 Pa exists as a background of the growth atmosphere.
[Comparative Example 2]
Although it is similar to Example 1, it differs in that hydrogen gas is supplied so that the partial pressure of the hydrogen source is 9.4 × 10 −4 Pa.
[Comparative Example 3]
Although it is similar to Example 1, it differs in the point which supplied hydrogen gas so that the partial pressure of a hydrogen source might be 1.0x10 < -3 > Pa.
[Comparative Example 4]
Although it is similar to Example 1, it differs in the point which supplied hydrogen gas so that the partial pressure of a hydrogen source might be set to 1.2 * 10 < -3 > Pa.
[Comparative Example 5]
Similar to Example 1 but containing no CeO 2 powder (the content of CeO 2 powder 0 wt%) differs from the first embodiment in that using a sintered body of In 2 O 3 powder.
[Comparative Example 6]
It is similar to Example 1, except using a sintered body of In 2 O 3 powder containing no CeO 2 powder, and a hydrogen gas as the partial pressure of the hydrogen source is 1.2 × 10 -3 Pa It differs from Example 1 in the point which supplied.
図1、図2に、実施例1に係る透明導電膜の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を示すグラフ及びデータを示す。図1,2に示すように、実施例1のアニール前の状態では、ホール移動度の最良値が41.2cm2/(V・s)(酸素導入比15%時)となっており、前述の特許文献1に示された値と比較しても良好とはいえない。
1 and 2 show graphs and data showing the dependency of the specific resistance, carrier density, and hole mobility of the transparent conductive film according to Example 1 on the introduction ratio of oxygen to argon (before annealing and after annealing). As shown in FIGS. 1 and 2, in the state before annealing of Example 1, the best value of the hole mobility is 41.2 cm 2 / (V · s) (when the oxygen introduction ratio is 15%). Even if it compares with the value shown by
しかし、図1、図2に示すように、アニール後(post−annealed)の透明導電膜12の抵抗率及びキャリア密度はアニール前(as−deposited)と比較して全体的に低下している。特に抵抗率(Rsistivity)は、その値が半分若しくは半分よりやや低い程度にまで低下している。一方、ホール移動度(Mobility)は、アニール前と比較して各段に増加している。このように、アニール後の透明導電膜12において、抵抗率及びキャリア密度(Carrier density)がアニール前よりも低下し、ホール移動度がアニール前よりも増加することは、程度の差こそあれ、他の実施例及び比較例においても同様に表れる。
However, as shown in FIGS. 1 and 2, the resistivity and carrier density of the transparent
実施例1において、ホール移動度は、酸素導入比が9%のときに127cm2/(V・s)となり、11%のときに最大値である145cm2/(V・s)となり、酸素導入比が9%から15%の範囲で少なくとも120cm2/(V・s)以上の値を有している。この範囲において、抵抗率は、1.99〜2.64×10−4Ω・cmの値を維持しており、キャリア密度は、1.85〜2.34×1020cm−3の値を維持している。 In Example 1, the hole mobility is 127 cm 2 / (V · s) when the oxygen introduction ratio is 9%, and the maximum value is 145 cm 2 / (V · s) when the oxygen introduction ratio is 11%. The ratio is at least 120 cm 2 / (V · s) or more in the range of 9% to 15%. In this range, the resistivity maintains a value of 1.99 to 2.64 × 10 −4 Ω · cm, and the carrier density has a value of 1.85 to 2.34 × 10 20 cm −3 . Is maintained.
なお、酸素導入比が7.5%から8.5%の範囲でホール移動度が100cm2/(V・s)以下となっているが、これは酸素不足に起因する格子欠陥が高密度に存在し、これがキャリアの散乱中心になっていると考えられる。 Note that the hole mobility is 100 cm 2 / (V · s) or less when the oxygen introduction ratio is in the range of 7.5% to 8.5%. This is because the lattice defects due to the lack of oxygen are high in density. It exists and this is considered to be the scattering center of the carrier.
図3、図4に、実施例2に係る透明導電膜の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表すグラフ、及びデータを示す。また、図5、図6に、実施例3に係る透明導電膜12の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表すグラフ、及びデータを示す。実施例2、実施例3においてもアニール前は実施例1同様に良好とはいえないが、アニールをすることにより全ての物理量が良好に値に変化する。
3 and 4 show graphs and data representing the dependency of the specific resistance, carrier density, and hole mobility of the transparent conductive film according to Example 2 on the introduction ratio of oxygen to argon (before annealing and after annealing). 5 and FIG. 6 are graphs and data showing the dependency of the specific resistance, carrier density, and hole mobility of the transparent
実施例2では、酸素導入比が9.5%から14%の範囲で、ホール移動度が120cm2/(V・s)以上の値を有しており、最大値は酸素導入比が13%のときで146cm2/(V・s)となっている。この範囲において、抵抗率は、2.20〜2.31×10−4Ω・cmの値を維持しており、キャリア密度は、1.99〜2.20×1020cm−3の値を維持している。 In Example 2, when the oxygen introduction ratio is in the range of 9.5% to 14%, the hole mobility has a value of 120 cm 2 / (V · s) or more, and the maximum value is 13% for the oxygen introduction ratio. At 146 cm 2 / (V · s). In this range, the resistivity maintains a value of 2.20 to 2.31 × 10 −4 Ω · cm, and the carrier density has a value of 1.99 to 2.20 × 10 20 cm −3 . Is maintained.
実施例3では、酸素導入比が8.5%から13%の範囲で、ホール移動度が100cm2/(V・s)以上の値を有しており、最大値は酸素導入比が10%のときで121cm2/(V・s)となっている。この範囲において、抵抗率は、3.20〜3.79×10−4Ω・cmの値を維持しており、キャリア密度は、1.56〜1.80×1020cm−3の値を維持している。 In Example 3, the oxygen introduction ratio ranges from 8.5% to 13%, and the hole mobility has a value of 100 cm 2 / (V · s) or more, and the maximum value is 10% for the oxygen introduction ratio. In this case, it is 121 cm 2 / (V · s). In this range, the resistivity maintains a value of 3.20 to 3.79 × 10 −4 Ω · cm, and the carrier density has a value of 1.56 to 1.80 × 10 20 cm −3 . Is maintained.
本願発明者は、実施例1のようにCeO2粉末を3wt%含むIn2O3粉末の焼結体を蒸発源とする透明導電膜12では、セリウムの組成比が0.7at%になるとの知見を得ている。蒸発源の材料の蒸気圧は温度にのみ依存するので、蒸発源のセリウムの量を変化させればそれに比例して透明導電膜中12のCeの組成比も変化すると考えられる。
The inventor of the present application said that the composition ratio of cerium is 0.7 at% in the transparent
よって、CeO2粉末を2wt%含むIn2O3粉末の焼結体を蒸発源とする実施例2の透明導電膜中12のCeの組成比(原子組成百分率)は0.47at%であり、CeO2粉末を1wt%含むIn2O3粉末の焼結体を蒸発源とする実施例3の透明導電膜12中のセリウムの組成比は0.23at%であると考えられる。
Therefore, the composition ratio (atomic composition percentage) of 12 in the transparent conductive film of Example 2 using the sintered body of In 2 O 3 powder containing 2 wt% of CeO 2 powder as the evaporation source is 0.47 at%, It is considered that the composition ratio of cerium in the transparent
図7乃至図14に、比較例1乃至比較例4に係る透明導電膜の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表すグラフ及びデータを示す。図7乃至図14は、CeO2粉末を3wt%含むIn2O3粉末の焼結体を蒸発源として透明導電膜12を成膜する際に、水素源の分圧を変化させた場合の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表している。
FIG. 7 to FIG. 14 are graphs and data showing the dependency of the specific resistance, carrier density, and hole mobility of the transparent conductive films according to Comparative Examples 1 to 4 on the introduction ratio of oxygen to argon (before annealing and after annealing). Indicates. 7 to 14 show ratios when the partial pressure of the hydrogen source is changed when the transparent
図7、図8に示すように、比較例1(水素源分圧:4.0×10−4Pa)では、アニールを行ってもホール移動度が100cm2/(V・s)以下となっている。図9、図10に示すように、比較例2(水素源分圧:9.4×10−4Pa)では、酸素導入比が9%から10%の範囲でホール移動度が120cm2/(V・s)以上を維持している。また、実施例1でホール移動度が最大となったときの酸素導入比11%においても、比較例2のホール移動度は100cm2/(V・s)となっている。 As shown in FIGS. 7 and 8, in Comparative Example 1 (hydrogen source partial pressure: 4.0 × 10 −4 Pa), the hole mobility becomes 100 cm 2 / (V · s) or less even after annealing. ing. As shown in FIGS. 9 and 10, in Comparative Example 2 (hydrogen source partial pressure: 9.4 × 10 −4 Pa), the hole mobility is 120 cm 2 / (in the range of oxygen introduction ratio of 9% to 10%. V · s) or more is maintained. Further, even in the oxygen introduction ratio of 11% when the hole mobility is maximum in Example 1, the hole mobility of Comparative Example 2 is 100 cm 2 / (V · s).
図11、図12に示すように、比較例3(水素源分圧:1.0×10−3Pa)では、酸素導入比が8.0%のときにホール移動度が最大で117cm2/(V・s)となる。しかし、実施例1でホール移動度が最大となったときの酸素導入比11%において、比較例3のホール移動度は58.7cm2/(V・s)にまで低下する。 As shown in FIGS. 11 and 12, in Comparative Example 3 (hydrogen source partial pressure: 1.0 × 10 −3 Pa), the hole mobility is 117 cm 2 / max at the maximum when the oxygen introduction ratio is 8.0%. (V · s). However, at an oxygen introduction ratio of 11% when the hole mobility is maximum in Example 1, the hole mobility of Comparative Example 3 is reduced to 58.7 cm 2 / (V · s).
図13、図14に示すように、比較例4(水素源分圧:1.2×10−3Pa)では、酸素導入比が8.5%のときにホール移動度が最大で107cm2/(V・s)となる。しかし、実施例1でホール移動度が最大となったときの酸素導入比11%において、比較例4のホール移動度は51.9cm2/(V・s)にまで低下する。 As shown in FIGS. 13 and 14, in Comparative Example 4 (hydrogen source partial pressure: 1.2 × 10 −3 Pa), the hole mobility is 107 cm 2 / max at the maximum when the oxygen introduction ratio is 8.5%. (V · s). However, the hole mobility of Comparative Example 4 decreases to 51.9 cm 2 / (V · s) at an oxygen introduction ratio of 11% when the hole mobility becomes maximum in Example 1.
図15、図16に、比較例5に係る透明導電膜の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表すグラフ及びデータを示す。また、図17、図18に、比較例6に係る透明導電膜の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表すグラフ及びデータを示す。 15 and 16 show graphs and data representing the dependency of the specific resistance, carrier density, and hole mobility of the transparent conductive film according to Comparative Example 5 on the introduction ratio of oxygen with respect to argon (before annealing and after annealing). 17 and 18 show graphs and data representing the dependency of the specific resistance, carrier density, and hole mobility of the transparent conductive film according to Comparative Example 6 on the introduction ratio of oxygen to argon (before annealing and after annealing). .
図15乃至図18は、CeO2粉末を含まないIn2O3粉末の焼結体を蒸発源として透明導電膜12を成膜する場合において、水素源の分圧を変化させた場合の比抵抗、キャリア密度、ホール移動度のアルゴンに対する酸素の導入比依存性(アニール前、アニール後)を表している。
15 to 18 show specific resistances when the partial pressure of the hydrogen source is changed in the case where the transparent
図15、図16に示すように、比較例5(水素源分圧:8.2×10−4Pa)では、酸素導入比が8.5%のときにホール移動度が最大で107cm2/(V・s)となる。しかし、実施例1でホール移動度が最大となったときの酸素導入比11%において、比較例5のホール移動度は51.9cm2/(V・s)にまで低下する。 As shown in FIGS. 15 and 16, in Comparative Example 5 (hydrogen source partial pressure: 8.2 × 10 −4 Pa), the hole mobility is 107 cm 2 / max at the maximum when the oxygen introduction ratio is 8.5%. (V · s). However, the hole mobility in Comparative Example 5 decreases to 51.9 cm 2 / (V · s) at an oxygen introduction ratio of 11% when the hole mobility is maximum in Example 1.
図17、図18に示すように、比較例6(水素源分圧:1.2×10−3Pa)では、酸素導入比が15%のときにホール移動度が最大で124cm2/(V・s)となっており、酸素導入比が9.5%以上の範囲でホール移動度が100cm2/(V・s)以上となる値を維持している。 As shown in FIGS. 17 and 18, in Comparative Example 6 (hydrogen source partial pressure: 1.2 × 10 −3 Pa), the maximum hole mobility is 124 cm 2 / (V when the oxygen introduction ratio is 15%. S), and the hole mobility is maintained at a value of 100 cm 2 / (V · s) or more when the oxygen introduction ratio is 9.5% or more.
図19に、実施例1、比較例1〜4に係る透明導電膜のホール移動度とキャリア密度との関係を表すグラフを示す。また、図20に、実施例2,3、比較例5,6に係る透明導電膜のホール移動度とキャリア密度との関係を表すグラフを示す。 In FIG. 19, the graph showing the relationship between the hole mobility and carrier density of the transparent conductive film which concerns on Example 1 and Comparative Examples 1-4 is shown. FIG. 20 is a graph showing the relationship between the hole mobility and the carrier density of the transparent conductive films according to Examples 2 and 3 and Comparative Examples 5 and 6.
図19、図20は、縦軸がホール移動度、横軸がキャリア密度とし、各実施例及び各比較例のホール移動度とキャリア密度の関係を示すプロットデータ(図2、図4、図6、図8、図10、図12、図14、図16、図18)を載せたものである。また、図19、図20には、酸化インジウム中のイオン化不純物散乱に起因するホール移動度とキャリア密度との関係を示す曲線μIと、酸化インジウム中の粒界散乱に起因するホール移動度とキャリア密度との関係を示す曲線μGBと、両者に起因するホール移動度とキャリア密度との関係を示す曲線μIGが記載されている。 19 and 20, the vertical axis represents the hole mobility and the horizontal axis represents the carrier density, and plot data (FIGS. 2, 4, and 6) showing the relationship between the hole mobility and the carrier density in each example and each comparative example. 8, 10, 12, 14, 16, and 18). FIGS. 19 and 20 show a curve μ I indicating the relationship between hole mobility caused by ionized impurity scattering and carrier density in indium oxide, and hole mobility caused by grain boundary scattering in indium oxide. A curve μ GB indicating the relationship with the carrier density and a curve μ IG indicating the relationship between the hole mobility and the carrier density due to both are described.
ここで、μIは、BHD(Brooks−Herring−Dingle)理論により導くことができる。また、1/μIG=1/μI+1/μGBの関係を有する。なお、酸化インジウム中の中性不純物散乱のホール移動度に対する寄与は前述の両者よりも十分小さいので無視できる。 Here, mu I can be derived by BHD (Brooks-Herring-Dingle) theory. Further, 1 / μ IG = 1 / μ I + 1 / μ GB . The contribution of neutral impurity scattering in indium oxide to hole mobility is sufficiently smaller than both of the above, and can be ignored.
図19、図20に示すように、実施例1のプロットデータは、μIの線上に並んでおり、実施例2のプロットデータのほとんどはμIの線上に並んでいる。このことから、実施例1(セリウム組成比:0.7at%)及び実施例2(セリウム組成比:0.47at%)においてはホール移動度に対する粒界散乱の影響がきわめて小さく、主にイオン化不純物散乱の影響が支配的であることがわかる。実施例3(セリウム組成比:0.23at%)のプロットデータは、μIの線からやや離れているが、その一部が、μIの線とほぼ平行に並んでいるので、実施例1、実施例2程ではないにしろ、ホール移動度に対する粒界散乱の影響は小さいものと考えられる。 19, as shown in FIG. 20, plot data of Example 1 are aligned on the line of the mu I, most of the plot data of Example 2 are arranged on a line of mu I. Therefore, in Example 1 (cerium composition ratio: 0.7 at%) and Example 2 (cerium composition ratio: 0.47 at%), the influence of grain boundary scattering on the hole mobility is extremely small, and mainly ionized impurities. It can be seen that the influence of scattering is dominant. Example 3 (CE compositional ratio: 0.23at%) plot data, although slightly away from the line of mu I, partially, because are arranged substantially parallel to the line of mu I, Example 1 Although not as much as Example 2, it is considered that the influence of grain boundary scattering on the hole mobility is small.
一方、比較例1(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:4.0×10−4Pa)、比較例3(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:1.0×10−3Pa)、比較例4(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:1.2×10−3Pa)のプロットデータ、及び比較例2(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:9.4×10−4Pa)のプロットデータの大部分は、μIGの線に近接しているので、ホール移動度がイオン化不純物散乱の影響のみならず粒界散乱の影響を受けていることがわかる。ただし、比較例2(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:9.4×10−4Pa)のプロットデータの一部は、μIの線上に並ぶので、酸素導入比を調整することによりホール移動度に対する粒界散乱の影響を小さくできると考えられる。 On the other hand, Comparative Example 1 (cerium composition ratio: 0.7%, hydrogen source partial pressure: 4.0 × 10 −4 Pa), Comparative Example 3 (cerium composition ratio: 0.7%, hydrogen source partial pressure: 1. 0 × 10 −3 Pa), plot data of Comparative Example 4 (cerium composition ratio: 0.7%, hydrogen source partial pressure: 1.2 × 10 −3 Pa), and Comparative Example 2 (cerium composition ratio: 0. Most of the plot data of 7%, hydrogen source partial pressure: 9.4 × 10 −4 Pa) is close to the μ IG line, so that the hole mobility is not only the influence of ionized impurity scattering but also the grain boundary It turns out that it is influenced by scattering. However, since a part of the plot data of Comparative Example 2 (cerium composition ratio: 0.7%, hydrogen source partial pressure: 9.4 × 10 −4 Pa) is arranged on the μ I line, the oxygen introduction ratio is adjusted. By doing so, it is considered that the influence of grain boundary scattering on the hole mobility can be reduced.
比較例6のプロットデータは、μIの線からやや離れているが、μIの線とほぼ平行に並んでいるので、ホール移動度に対する粒界散乱の影響は比較的小さいと考えられる。比較例5のプロットデータは、μIの線とほぼ平行に並んでいるが、比較例6と比較して、μIの線からかなり離れているので、ホール移動度に対する粒界散乱の影響が比較例6よりも大きくなっていると考えられる。 Plot data of Comparative Example 6, although slightly away from the line of mu I, since aligned substantially parallel to the line of mu I, the influence of the grain boundary scattering for hole mobility is considered smaller. Plot data of Comparative Example 5, but are aligned substantially parallel to the line of mu I, as compared with Comparative Example 6, since a significant distance from the line of mu I, the effect of grain boundary scattering for Hall mobility It is thought that it is larger than Comparative Example 6.
図19、図20においてμIの線上に並ぶプロットデータにおいては、ホール移動度が120cm2/(V・s)以上となっている。前述のように、アニール前の酸化インジウム中の水素の組成比は成長雰囲気中の水素源の分圧に比例すると考えられる。したがって、セリウム組成比を0.23at%以上とし、水素の組成比(成長雰囲気中の水素源の分圧)を以下に示す一定の範囲に制御することにより、粒界散乱の影響をほとんど受けることなく、イオン化不純物散乱の影響に起因したホール移動度を有し、その値が120cm2/(V・s)以上となる透明導電膜12を成膜することができる。
19, in the plot data arranged in the line of mu I in FIG. 20, the hole mobility has become a 120cm 2 / (V · s) or more. As described above, the composition ratio of hydrogen in indium oxide before annealing is considered to be proportional to the partial pressure of the hydrogen source in the growth atmosphere. Therefore, it is almost affected by grain boundary scattering by controlling the cerium composition ratio to 0.23 at% or more and controlling the hydrogen composition ratio (partial pressure of the hydrogen source in the growth atmosphere) within a certain range shown below. The transparent
実施例1及び比較例2から、透明導電膜12の成長雰囲気中の水素源の分圧は、少なくとも8.2×10−4Pa〜9.4×10−4Paの範囲に設定すればよい。なお、前述のように成長雰囲気中にはバックグラウンドとして4.0×10−4Paの分圧の水素源が存在する。よって、配管から供給する水素ガスの分圧が、前述の範囲からバックグラウンドの量を差し引いた4.2×10−4Pa〜5.4×10−4Paとなるように水素ガスの流量を調整すればよい。なお、120cm2/(V・s)以上となる透明導電膜12を成膜する際の水素源の分圧は、成長雰囲気の圧力、基板10の材料、基板10の温度、プラズマの密度等によって異なる。
From Example 1 and Comparative Example 2, the partial pressure of the hydrogen source in the growth atmosphere of the transparent
次に、ホール移動度と結晶構造との関係について検討する。図21に実施例1に係る透明導電膜12のアニール前のSEM画像を示す。また、図22乃至図26に、比較例1、比較例3、比較例5、比較例6に係る透明導電膜のアニール後のSEM画像を示す。なお、図21乃至図26のSEM画像に用いたサンプルは、実施例1においてホール移動度が最大値となったときの酸素導入比(11%)に統一して成膜したものである。
Next, the relationship between hole mobility and crystal structure is examined. FIG. 21 shows an SEM image of the transparent
図21に示すように、アニール前の実施例1(セリウム組成比:0.7at%、水素源分圧:8.2×10−4Pa)のSEM(走査型電子顕微鏡)画像において結晶構造は認められず、アモルファス状になっており、図示は省略するがX線による回折ピークも認められない。これは、以後に説明する比較例についても同様である。しかし、図22に示すようにアニール後の実施例1のSEM画像においては、1μmを超える粒径の島状結晶が多数形成されており、さらに島状結晶同士の境界が不明瞭な状態となっている。 As shown in FIG. 21, in SEM (scanning electron microscope) image of Example 1 (cerium composition ratio: 0.7 at%, hydrogen source partial pressure: 8.2 × 10 −4 Pa) before annealing, the crystal structure is It is not recognized and is amorphous, and although not shown in the figure, a diffraction peak by X-ray is not recognized. The same applies to comparative examples described later. However, as shown in FIG. 22, in the SEM image of Example 1 after annealing, a large number of island crystals having a particle diameter exceeding 1 μm are formed, and the boundaries between the island crystals are unclear. ing.
図23に示すように、比較例1(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:4.0×10−4Pa)は、実施例1よりも水素源の分圧が低い点で相違するのみであるが、アニール後において、粒径が100nm程度の粒界が明瞭なコラム状の結晶が多数形成されている。 As shown in FIG. 23, Comparative Example 1 (cerium composition ratio: 0.7%, hydrogen source partial pressure: 4.0 × 10 −4 Pa) is a point where the partial pressure of the hydrogen source is lower than that of Example 1. The only difference is that after annealing, a large number of columnar crystals having a grain boundary with a grain size of about 100 nm are formed.
図24に示すように、比較例3(セリウム組成比:0.7%、水素源分圧:1.0×10−3Pa)は、実施例1よりも水素源の分圧が高い点で相違するのみであるが、アニール後において、アモルファスとして残った領域と、粒径が6μm程度の大きさの結晶に成長した領域が混在している。結晶に成長した領域においては実施例1と同様に、島状結晶が形成され、島状結晶同士の境界が不明瞭な状態となっている。 As shown in FIG. 24, Comparative Example 3 (cerium composition ratio: 0.7%, hydrogen source partial pressure: 1.0 × 10 −3 Pa) is higher in partial pressure of the hydrogen source than in Example 1. The only difference is that after annealing, a region remaining as amorphous and a region grown into a crystal having a grain size of about 6 μm are mixed. In the region grown into crystals, island-like crystals are formed as in Example 1, and the boundaries between the island-like crystals are unclear.
図25に示すように、比較例5(セリウム組成比:0%、水素源分圧:8.2×10−4Pa)は、セリウムがドープされていない点で実施例1と相違するのみであるが、アニール後において、粒径が1μm以上となる粒界が明瞭なコラム状の結晶が多数形成されている。 As shown in FIG. 25, Comparative Example 5 (cerium composition ratio: 0%, hydrogen source partial pressure: 8.2 × 10 −4 Pa) is different from Example 1 only in that cerium is not doped. However, after annealing, a large number of columnar crystals with a clear grain boundary having a grain size of 1 μm or more are formed.
比較例6(セリウム組成比:0%、水素源分圧:1.2×10−3Pa)は、セリウムがドープされていない点が実施例1と相違し、水素源分圧も実施例1よりも高くなっている。しかし、図26に示すように、実施例1と同様に1μm程度の粒径の島状結晶が多数形成されているが、島状結晶同士の境界が不明瞭な状態となっている。 Comparative Example 6 (cerium composition ratio: 0%, hydrogen source partial pressure: 1.2 × 10 −3 Pa) is different from Example 1 in that cerium is not doped, and the hydrogen source partial pressure is also in Example 1. Higher than. However, as shown in FIG. 26, a large number of island crystals having a particle size of about 1 μm are formed as in Example 1, but the boundaries between the island crystals are unclear.
図21乃至図26から以下のような知見が得られる。まず、セリウムは酸化インジウムの結晶結合を促進する効果があり、アモルファスにおける酸化インジウムの結晶成長の基点になると考えられる。よって、図23(比較例1)と図25(比較例5)を比較すれば、セリウムの濃度を高くするほど酸化インジウムにおける粒界の粒径は小さくなるものと考えられる。 The following knowledge is obtained from FIGS. First, cerium has an effect of promoting crystal bonding of indium oxide, and is considered to be a starting point for crystal growth of indium oxide in an amorphous state. Therefore, comparing FIG. 23 (Comparative Example 1) and FIG. 25 (Comparative Example 5), it is considered that the grain boundary grain size in indium oxide decreases as the concentration of cerium increases.
一方、水素は、成膜時に酸素やインジウムと結合し、酸化インジウムの結晶成長を阻害して酸化インジウムのアモルファスを形成する。しかし、アニールにより、水素は酸素及びインジウムとの結合を切って酸化インジウムから離脱する。これにより、結合の手が切れた酸素及びインジウムが結合して結晶化するが、アニール前の酸化インジウム中の水素の濃度が高いほど、酸化インジウムのアモルファス性が高くなる(結晶性が低下する)ため、アニールによってもアモルファスが解消できなくなると考えられる。 On the other hand, hydrogen combines with oxygen and indium during film formation to inhibit indium oxide crystal growth and form an indium oxide amorphous. However, by annealing, hydrogen breaks the bond with oxygen and indium and leaves the indium oxide. As a result, oxygen and indium that have broken bonds are bonded and crystallized. However, the higher the concentration of hydrogen in indium oxide before annealing, the higher the amorphousness of indium oxide (the crystallinity decreases). Therefore, it is considered that amorphousness cannot be eliminated even by annealing.
よって、図23に示す比較例1では、アモルファス性をあまり有しない程度の水素の組成比であるので、アニールにより粒界が明瞭なコラム状の小さな結晶(セリウムを基点として)が生成されたと考えられる。また、図22に示す実施例1では、アモルファス性がアニールにより解消される程度の水素の組成比であるので多数の島状結晶が形成されたと考えられる。さらに、図24に示す比較例3では、アモルファス性をアニールにより解消するにはやや困難な程度の水素の組成比であるので、アモルファスが解消されて多数の島状結晶が形成された領域とアモルファスのままの領域が形成されたと考えられる。 Therefore, in Comparative Example 1 shown in FIG. 23, since the composition ratio of hydrogen is not so amorphous, it is considered that small columnar crystals (based on cerium) with clear grain boundaries were generated by annealing. It is done. Further, in Example 1 shown in FIG. 22, it is considered that a large number of island crystals were formed because the composition ratio of hydrogen was such that amorphousness was eliminated by annealing. Furthermore, in Comparative Example 3 shown in FIG. 24, since the composition ratio of hydrogen is somewhat difficult to eliminate amorphousness by annealing, the amorphous structure is eliminated and a region where a large number of island crystals are formed and amorphous It is thought that the region as it was was formed.
図25に示す比較例5では、セリウムが無添加の酸化インジウムにおいて、アモルファス性をあまり有しない程度の水素の組成比であるので、アニールにより粒界が明瞭なコラム状の結晶が生成されたと考えられる。また図26に示す実施例6では、セリウムが無添加の酸化インジウムにおいて、アモルファス性がアニールにより解消される程度の水素の組成比であるので多数の島状結晶が形成されたと考えられる。 In Comparative Example 5 shown in FIG. 25, since the composition ratio of hydrogen is such that cerium does not have much amorphousness in indium oxide without addition, columnar crystals with clear grain boundaries are generated by annealing. It is done. In Example 6 shown in FIG. 26, it is considered that a large number of island-like crystals were formed in the indium oxide to which cerium was not added because the composition ratio of hydrogen was such that amorphousness was eliminated by annealing.
図27に、実施例1、比較例1、比較例3のアニール後のX線回折測定データを示す。図27に示すように、例えば(222)のピークを比較すると、実施例1が最も高い強度となっており、これらのうちで最も結晶性が高いものであるといえる。一方、比較例1は、粒界が高密度に発生しているので、結晶性が実施例1よりも低くなり、(222)のピークが実施例1よりも小さくなっていると考えられる。また、比較例3では、実施例1と同様の島状結晶が形成されているが、アモルファス領域が大きいため、(222)のピークが実施例1よりも小さくなっていると考えられる。 FIG. 27 shows X-ray diffraction measurement data after annealing in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 3. As shown in FIG. 27, for example, when the peak of (222) is compared, Example 1 has the highest intensity, and among these, it can be said that the crystallinity is the highest. On the other hand, in Comparative Example 1, since the grain boundaries are generated at a high density, it is considered that the crystallinity is lower than that of Example 1, and the peak of (222) is smaller than that of Example 1. In Comparative Example 3, island-like crystals similar to those in Example 1 are formed. However, since the amorphous region is large, it is considered that the peak of (222) is smaller than that in Example 1.
次に、実施例1、比較例3、比較例6でみられる島状結晶について考える。
前述のように、実施例1において、ホール移動度は、図1,2に示すように、酸素導入比が9%以上で、120cm2/(V・s)以上の値を維持している。また図19に示すように、実施例1のプロットデータは、イオン化不純物散乱に起因する曲線μI上に並んでおり、ホール移動度が粒界散乱の影響をほとんど受けていいないと考えられる。
Next, the island-like crystals observed in Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 6 are considered.
As described above, in Example 1, the hole mobility is maintained at a value of 120 cm 2 / (V · s) or more when the oxygen introduction ratio is 9% or more, as shown in FIGS. Also as shown in Figure 19, the plot data of Example 1, are arranged on the curve mu I due to ionized impurity scattering, the Hall mobility can be considered not been little affected grain boundary scatter.
また、比較例6において、ホール移動度は、図17,18に示すように、酸素導入比が9、5%以上で、100cm2/(V・s)以上の値を維持している。また図20に示すように、比較例6のプロットデータは、イオン化不純物散乱に起因する曲線μIに近接して並んでおり、ホール移動度が粒界散乱の影響をあまり受けていないと考えられる。 In Comparative Example 6, as shown in FIGS. 17 and 18, the hole mobility is maintained at a value of 100 cm 2 / (V · s) or more at an oxygen introduction ratio of 9 or 5% or more. Further, as shown in FIG. 20, plot data of Comparative Example 6 are aligned in close proximity to the curve mu I due to ionized impurity scattering, believed hole mobility is not much affected by grain boundary scattering .
そして、図22、図26に示すように、実施例1、比較例6では、多数の島状結晶が認められるが、その境界が不明瞭な構造を有している。以上のことから、実施例1、比較例6に係る透明導電膜においては、多結晶構造を形成する島状結晶と、互いに隣接する島状結晶の間を埋めるように配置されたバッファー結晶と、を有していると考えられる。前述の島状結晶の不明瞭な境界を形成しているのがこのバッファー結晶である。 As shown in FIGS. 22 and 26, in Example 1 and Comparative Example 6, a large number of island-like crystals are observed, but the boundary has an unclear structure. From the above, in the transparent conductive film according to Example 1 and Comparative Example 6, island-shaped crystals that form a polycrystalline structure, and buffer crystals that are arranged so as to fill between the adjacent island-shaped crystals, It is thought that it has. It is this buffer crystal that forms the unclear boundary of the aforementioned island-like crystals.
バッファー結晶は、以下のように形成されると考えられる。まず、実施例1、比較例6において、成膜後のアニールにより、島状結晶の種となる微結晶が点状に(セリウムがある場合はセリウムを中心として)形成され、これが周囲のアモルファス部分を取り込んで成長する。その際、アモルファス部分からは水素が離脱し、離脱により結合の手が空いた酸素及びインジウムが結合し、セリウムがある場合はこの結合をサポートする。しかし、成長初期の島状結晶はアモルファス部分との境界があいまいで、島状結晶からアモルファス部分に離れるにつれて長距離秩序性が次第に失われ、短距離秩序のみが残存し、ついには短距離秩序性も次第に失われてくような配置となっている。このように、グラデーション的に結晶構造が変化する部分がバッファー結晶となる。 The buffer crystal is considered to be formed as follows. First, in Example 1 and Comparative Example 6, by annealing after film formation, microcrystals serving as seeds of island-like crystals are formed in the form of dots (centered on cerium when cerium is present), and this is the surrounding amorphous portion. To grow. At this time, hydrogen is released from the amorphous portion, and oxygen and indium which are free from bonding due to the separation are bonded, and if cerium is present, this bonding is supported. However, the island-like crystal in the early stage of growth has an ambiguous boundary with the amorphous part, and as the distance from the island-like crystal goes to the amorphous part, the long-range order is gradually lost, only the short-range order remains, and finally the short-range order. The arrangement is gradually lost. Thus, the portion where the crystal structure changes in a gradation is the buffer crystal.
そして、島状結晶の成長が進行すると、第1の島状結晶の周囲にあるバッファー結晶と、第1の島状結晶とは別の位置にある第2の島状結晶の周囲にあるバッファー結晶と、が接触することになるが、両者は短距離秩序性のみを有するので交じり合うことになる。しかし、第1の島状結晶と第2の島状結晶の結晶方位は互いに異なるので、バッファー結晶が残存した状態で第1の島状結晶と第2の島状結晶の成長が完了することになる。 Then, when the growth of the island-shaped crystal proceeds, the buffer crystal around the first island-shaped crystal and the buffer crystal around the second island-shaped crystal located at a different position from the first island-shaped crystal. Will contact each other, but both have a short-range order, so they mix. However, since the crystal orientations of the first island crystal and the second island crystal are different from each other, the growth of the first island crystal and the second island crystal is completed with the buffer crystal remaining. Become.
このように形成されたバッファー結晶は、バッファー結晶に接続する第1の島状結晶からバッファー結晶を経由してバッファー結晶に接続する第2の島状結晶に向かうにつれて、第1の島状結晶の結晶構造から第2の島状結晶の結晶構造へ連続的に変化する結晶構造を有することになる。 The buffer crystal formed in this way is formed by moving the first island-shaped crystal from the first island-shaped crystal connected to the buffer crystal to the second island-shaped crystal connected to the buffer crystal via the buffer crystal. The crystal structure changes continuously from the crystal structure to the crystal structure of the second island-like crystal.
バッファー結晶が上述の結晶構造を有することにより、バッファー結晶内、及び島状結晶とバッファー結晶との境界において短距離秩序性が維持される。このため、キャリアが第1の島状結晶からバッファー結晶を経由して第2の島状結晶に移動する際に受ける結晶粒界散乱を低減することができる。これにより、キャリアは主にイオン化不純物散乱の影響に伴うキャリア密度とホール移動度の関係に従った電気的特性となり、高いホール移動度を有することができる。図24に示す比較例3においても島状結晶がみられるが、この島状結晶部分のみであれば、実施例1、比較例6と同等のホール移動度が得られると考えられる。 When the buffer crystal has the above-described crystal structure, the short-range order is maintained in the buffer crystal and at the boundary between the island-shaped crystal and the buffer crystal. For this reason, it is possible to reduce grain boundary scattering received when carriers move from the first island-shaped crystal to the second island-shaped crystal via the buffer crystal. As a result, the carriers have electrical characteristics according to the relationship between the carrier density and the hole mobility mainly due to the influence of ionized impurity scattering, and can have a high hole mobility. In Comparative Example 3 shown in FIG. 24, island-like crystals are also observed. However, if only this island-like crystal portion is present, it is considered that hole mobility equivalent to that in Example 1 and Comparative Example 6 can be obtained.
本実施形態では、酸化インジウムにセリウムをドープする場合について説明したが、他のランタノイド系元素も適用することも可能である。また、本実施形態の透明導電膜は、液晶ディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の画像表示装置、結晶太陽電池、薄膜太陽電池、色素増感太陽電池等の太陽電池、電子部品等に適宜適用できる。 In this embodiment, the case where indium oxide is doped with cerium has been described. However, other lanthanoid elements can also be applied. Further, the transparent conductive film of the present embodiment can be appropriately applied to image display devices such as liquid crystal display devices and organic electroluminescence devices, solar cells such as crystal solar cells, thin film solar cells, and dye-sensitized solar cells, electronic components, and the like. .
セリウム及び水素の濃度を適切に調整することにより、高いホール移動度となる透明導電膜、これを用いた装置または太陽電池、及び透明導電膜の製造方法として利用できる。 By appropriately adjusting the concentration of cerium and hydrogen, it can be used as a transparent conductive film having high hole mobility, a device or a solar cell using the transparent conductive film, and a method for producing the transparent conductive film.
10………基板、12………透明導電膜、100………成膜装置、102………ロードロックチャンバ、104………ヒーティングチャンバ、106………ヒータ、110………成膜チャンバ、112………るつぼ、114………アークプラズマガン、116………導入管、118………導入管、120………導入管、122………導入管、124………質量分析装置、
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記多結晶構造を構成する多数の島状結晶と、
互いに隣接する前記島状結晶の間を埋めるように配置されたバッファー結晶と、を有し、
前記バッファー結晶は、
前記バッファー結晶に接続する第1の島状結晶から前記バッファー結晶を経由して前記バッファー結晶に接続する第2の島状結晶に向かうにつれて、前記第1の島状結晶の結晶構造から前記第2の島状結晶の結晶構造へ連続的に変化する結晶構造を有し、
前記ランタノイド系元素はセリウムであり、その原子組成百分率が0.23%以上であり、
ホール移動度が120cm2/(V・s)以上であることを特徴とする透明導電膜。 A transparent conductive film having a polycrystalline structure of indium oxide containing hydrogen and a lanthanoid element,
A number of island-like crystals constituting the polycrystalline structure;
Buffer crystals arranged so as to fill between the island crystals adjacent to each other,
The buffer crystal is
From the first island-shaped crystal connected to the buffer crystal to the second island-shaped crystal connected to the buffer crystal via the buffer crystal, the crystal structure of the first island-shaped crystal leads to the second island-shaped crystal. Having a crystal structure that continuously changes to the crystal structure of the island-shaped crystals of
The lanthanoid element is cerium, and its atomic composition percentage is 0.23% or more,
A transparent conductive film having a hole mobility of 120 cm 2 / (V · s) or more.
前記ランタノイド系元素はセリウムであり、その原子組成百分率が0.23%以上を含む焼結体を蒸発源とし、かつ水素源の分圧が4.2×10 −4 Pa〜5.4×10 −4 Paとなるように水素ガスの流量を調整して、
前記多結晶構造を構成する多数の島状結晶と、互いに隣接する前記島状結晶の間を埋めるように配置されたバッファー結晶と、を有し、前記バッファー結晶は、前記バッファー結晶に接続する第1の島状結晶から前記バッファー結晶を経由して前記バッファー結晶に接続する第2の島状結晶に向かうにつれて、前記第1の島状結晶の結晶構造から前記第2の島状結晶の結晶構造へ連続的に変化する結晶構造を有し、ホール移動度が120cm 2 /(V・s)以上であるように成膜することを特徴とする透明導電膜の製造方法。 A method for producing a transparent conductive film having a polycrystalline structure of indium oxide containing hydrogen and a lanthanoid element,
The lanthanoid element is cerium, and a sintered body having an atomic composition percentage of 0.23% or more is used as an evaporation source, and a partial pressure of the hydrogen source is 4.2 × 10 −4 Pa to 5.4 × 10. Adjust the flow rate of hydrogen gas to -4 Pa,
A plurality of island crystals forming the polycrystalline structure, and a buffer crystal disposed so as to fill a space between the adjacent island crystals, and the buffer crystal is connected to the buffer crystal. The crystal structure of the second island-shaped crystal from the crystal structure of the first island-shaped crystal as it goes from the first island-shaped crystal to the second island-shaped crystal connected to the buffer crystal via the buffer crystal A method for producing a transparent conductive film, characterized in that the film is formed so as to have a crystal structure that changes continuously to a hole mobility of 120 cm 2 / (V · s) or more .
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