JP6079175B2 - 複合酸化物焼結体及び酸化物透明導電膜 - Google Patents
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Description
このような組成範囲とすることにより、低抵抗であるとともに、広い波長領域にわたって低い光吸収率を有する酸化物透明導電膜を形成することができる。酸化物透明導電膜の光吸収率をさらに低減する観点から、Zr/(In+Zr+Y)の下限は、好ましくは0.1at%である。同様の観点から、Zr/(In+Zr+Y)の上限は、好ましくは2.8at%であり、より好ましくは1.95at%である。
A=(a+b+c)/((a/7.18)+(b/6.00)+(c/5.01))
一方、複合酸化物焼結体の焼結密度B(g/cm3)は、JIS−R1634−1998に準拠してアルキメデス法で測定する。
相対密度(%)=(B/A)×100
本実施形態の複合酸化物焼結体10を構成する粒子の平均粒径の上限は、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは6μm以下である。このような平均粒径とすることにより、複合酸化物焼結体10の強度を高めることが可能となる。平均粒径の下限は、製造の容易性の観点から、好ましくは0.01μmであり、より好ましくは0.5μmであり、さらに好ましくは2μmである。複合酸化物焼結体10を構成する粒子としては、例えば、複合酸化物の粒子及び/又は酸化インジウムの粒子が挙げられる。
<複合酸化物焼結体の作製>
原料粉末として、純度99.99重量%、平均粒径0.5μmの酸化インジウム粉末、純度99.9重量%、平均粒径0.2μmの酸化ジルコニウム粉末、及び純度99.9重量%、平均粒径0.2μmの酸化イットリウム粉末を準備した。表2に記載された原子比となるように、これらの原料粉末を秤量して乾式ボールミルで混合し、成形用の混合粉末を得た。混合粉末の平均粒径は0.2μmであった。
・昇温速度 :50℃/時間
・焼結保持温度 :1600℃
・保持時間 :5時間
・焼結雰囲気 :昇温開始前(室温)から降温時の100℃に到達するまで純酸素ガスを炉内に導入
・降温速度 :100℃/時間
・成形体の重量/酸素流量:0.9[kg/(L/min)]
<複合酸化物焼結体の評価>
(組成)
各実施例及び各比較例の複合酸化物焼結体の組成を、市販のICP発光分析装置を用いて、ICP発光分析法により定量した。そして、原子比を求めた。その結果を表2に示す。なお、複合酸化物焼結体の組成は、成形用の混合粉末の組成とほぼ同一であった。
(相対密度)
各実施例及び各比較例の複合酸化物焼結体の相対密度を求めた。相対密度は、複合酸化物焼結体の理論密度をA、焼結密度をBとしたとき、下記式によって求められる値である。理論密度A及び焼結密度Bの測定方法は上述のとおりである。測定結果を表2に示す。
(平均粒径)
各実施例及び各比較例の複合酸化物焼結体を構成する粒子の平均粒径を測定した。平均粒径の測定方法は、上述のとおりである。ただし、複合酸化物焼結体の研磨面の観察写真(倍率:1000〜5000倍)は、走査電子顕微鏡を用いて撮影した。この観察写真において、粒子500個の長径を求めた。求めた長径の算術平均値を平均粒径とした。測定結果を表2に示す。
<スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の作製>
各実施例及び各比較例で作製した複合酸化物焼結体を、円柱形状(直径:4インチ=101.6mm)に加工した。スパッタリングターゲットとして用いる際にスパッタリング面となる面は、平面研削盤とダイヤモンド砥石を用いて研磨した。研磨の際に砥石の番手を変えることにより、中心線平均粗さ(Ra)を調整した。このようにしてスパッタリングターゲットを作製した。作製したスパッタリングターゲットのスパッタリング面のRaを、市販の表面性状測定装置(装置名 サーフテストSV−3100 ミツトヨ製)を用いて測定した。その結果は表2に示すとおりであった。
(製膜条件)
・装置 :DCマグネトロンスパッタ装置
・磁界強度 :1000Gauss(ターゲット直上、水平成分)
・基板温度 :室温(25℃)
・到達真空度 :5×10−4Pa
・製膜時の雰囲気 :アルゴン+酸素
アルゴンガスと酸素ガスの合計に対する酸素ガスの比(体積基準)は、表2の「製膜時の雰囲気」に記載のとおりであった。
・スパッタリング時のガス圧:0.5Pa
・DCパワー :200W
・膜厚 :150nm
・使用基板 :無アルカリガラス
(コーニング社製EAGLE XGガラス 厚さ0.7mm)(製膜後の後処理条件)
製膜後に、大気中、190℃で5分間加熱する熱処理を行った。このようにして基板上に酸化物透明導電膜が形成された試料を得た。以下に述べる酸化物透明導電膜の評価を行った。
<酸化物透明導電膜の評価>
(光吸収率)
基板上に酸化物透明導電膜が形成された試料の光透過率及び光反射率を次のとおりにして測定した。まず、分光光度計(商品名:U−4100、株式会社 日立製作所製)を用いて、波長240nmから2600nmの範囲の光透過率及び光反射率を測定した。測定した光透過率をT(%)、光反射率をR(%)としたとき、光吸収率A(%)を下式により求めた。
A(%)=100−T(%)―R(%)
波長400〜600nmにおける光吸収率A(%)の平均値と、波長800〜1200nmでにおける光吸収率A(%)の平均値をそれぞれ求めた。その結果を表2に示す。
(抵抗率)
酸化物透明導電膜の抵抗率は、市販の測定装置(商品名:HL5500、日本バイオ・ラッド ラボラトリーズ社製)を用いて測定した。測定結果を表2に示す。
<複合酸化物焼結体の作製>
焼成条件を表1のとおりに変更したこと以外は、実施例2と同様にして複合酸化物焼結体を作製した。このようにして実施例11〜15の複合酸化物焼結体を得た。表1に示していない他の焼成条件は、実施例2と同一とした。
得られた各実施例の複合酸化物焼結体を用い、実施例1と同様にして、スパッタリングターゲットを作製し、酸化物透明導電膜を得た。そして、実施例1と同様にして、複合酸化物焼結体及び酸化物透明導電膜の評価を行った。評価結果を表2に示す。
<複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の作製並びに評価>
原料粉末として、純度99.99重量%、平均粒径0.5μmの酸化インジウム粉末と、純度99.99重量%、平均粒径0.5μmの酸化錫粉末を原料粉末とを準備した。酸化インジウムと酸化錫の重量比が97:3のとなるように秤量して乾式ボールミルで混合し、成形用の混合粉末を調整した。混合粉末の平均粒径は0.2μmであった。
<複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の作製並びに評価>
太陽光を受光して利用する太陽電池においても、太陽光を有効利用して、光電変換効率の一層の向上を図ることが好ましい。太陽光をさらに有効利用するため、上述したような光吸収特性を低減することに加えて、太陽光エネルギーの波長領域の中で利用されていない波長領域の太陽光エネルギーを利用することが好ましい。すなわち、表面電極となる透明導電膜の特性によって、透明導電膜を透過しない紫外域の光を可視域に変換できれば、より一層高い光電変換効率を得ることが可能となる。
<複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の作製並びに評価>
参考例1と同様にして、複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜を作製した。そして、複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の特性を実施例1と同様にして評価した。評価結果を表3に示す。
測定温度:室温
検出器 :Siフォトダイオード
得られたスペクトルにおいて、波長範囲380〜600nmで最も高いピークの強度を求めた。参考例2の当該ピークの強度を1.0とし、各実施例及び各比較例の当該ピークの強度を、参考例2のピークの強度に対する相対値として求めた。その結果を表3に示す。
<複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の作製並びに評価>
フィルム等のフレキシブル基板を用いるデバイス、及び複数の材料を積層するデバイス等においては、製膜プロセスの最高温度を低温に抑えることが求められる。そこで、以下のとおり、酸化物透明導電膜を低温製膜条件で作製し、膜特性の評価を行った。
<複合酸化物焼結体、スパッタリングターゲット及び酸化物透明導電膜の作製並びに評価>
原料粉末として、純度99.99重量%、平均粒径0.5μmの酸化インジウム粉末と、純度99.99重量%、平均粒径0.5μmの酸化錫粉末とを準備した。酸化インジウムと酸化錫の重量比が95:5となるように秤量して乾式ボールミルで混合し、成形用の混合粉末を調製した。混合粉末の平均粒径は0.2μmであった。
Claims (6)
- インジウム、ジルコニウム及びイットリウムをそれぞれIn、Zr、Yとしたときに、原子比でZr/(In+Zr+Y)が0.05〜4.5at%であり、Y/(In+Zr+Y)が0.005〜0.5at%であり、金属元素に換算したIn、Zr、Y以外の金属不純物の含有量が1at%以下である複合酸化物焼結体。
- 構成元素として、インジウム、ジルコニウム、イットリウム及び酸素を有する複合酸化物を含有する、請求項1に記載の複合酸化物焼結体。
- 請求項1又は2に記載の複合酸化物焼結体からなるスパッタリングターゲット。
- 請求項3に記載のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングする工程を有する、酸化物透明導電膜の製造方法。
- インジウム、ジルコニウム及びイットリウムをそれぞれIn、Zr、Yとしたときに、原子比でZr/(In+Zr+Y)が0.05〜4.5at%であり、Y/(In+Zr+Y)が0.005〜0.5at%であり、金属元素に換算したIn、Zr、Y以外の金属不純物の含有量が1at%以下である酸化物透明導電膜。
- 構成元素として、インジウム、ジルコニウム、イットリウム及び酸素を有する複合酸化物を含有する、請求項5に記載の酸化物透明導電膜。
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