JP6294842B2 - Method for producing Eu-doped ZnO transparent conductive film - Google Patents
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Description
本発明は、EuドープZnO透明導電膜及びその形成方法に関する。 The present invention relates to a Eu-doped ZnO transparent conductive film and a method for forming the same.
透明導電膜は透明電極として産業的に利用されている。フラットパネルディスプレイの透明電極としては、現在ITOが独占的に用いられているが、In資源の枯渇の問題から代替材料が探索されている。これまでのところ、AlドープZnOやGaドープZnOといったZnO系透明導電膜が代替材料の有力候補に挙げられている。 Transparent conductive films are industrially used as transparent electrodes. Currently, ITO is used exclusively as a transparent electrode for flat panel displays, but alternative materials are being searched for due to the problem of depletion of In resources. So far, ZnO-based transparent conductive films such as Al-doped ZnO and Ga-doped ZnO have been cited as promising candidates for alternative materials.
一方、抵抗率がより高い透明導電膜は、電界を印加することでキャリアの制御が容易であることから、MOSトランジスタのチャンネル部に応用されている。このような透明導電膜の代表格としては非晶質半導体InGaZnO4があり(例えば、非特許文献1参照)、その柔軟性を活かして、湾曲可能なディスプレイ用の薄膜トランジスタ(TFT)や透明電極に適用されようとしているが、高抵抗率であることから透明電極には用いられていない。 On the other hand, a transparent conductive film having a higher resistivity is applied to a channel portion of a MOS transistor because carriers can be easily controlled by applying an electric field. A typical example of such a transparent conductive film is an amorphous semiconductor InGaZnO 4 (see, for example, Non-Patent Document 1). Taking advantage of its flexibility, it can be used as a thin film transistor (TFT) for display and a transparent electrode. Although it is about to be applied, it is not used for transparent electrodes because of its high resistivity.
従来ではスパッタ法を用いて室温でZnO系透明導電膜を成膜していたが、従来技術のようにスパッタ法を用いて室温でZnO系透明導電膜を成膜した場合、部分的に結晶化が進行して、通常はc軸配向の結晶状態のZnO系透明導電膜が形成される。これはC面の表面エネルギーが低いこととも関係している。ここで、従来、ZnO系透明導電膜は結晶状態で形成されることから、機械的変形が与えられるフレキシブルデバイスへの利用には向かないとされてきた。しかし、ZnO系透明導電膜をフレキシブル基板の上に非晶質状態で形成できれば、フレキシブルデバイス用のTFTや透明電極への利用が可能となる。 Conventionally, a ZnO-based transparent conductive film was formed at room temperature using a sputtering method. However, when a ZnO-based transparent conductive film was formed at room temperature using a sputtering method as in the prior art, it was partially crystallized. As a result, a ZnO-based transparent conductive film having a crystal state that is usually c-axis oriented is formed. This is also related to the low surface energy of the C plane. Here, conventionally, since the ZnO-based transparent conductive film is formed in a crystalline state, it has been considered unsuitable for use in a flexible device to which mechanical deformation is given. However, if the ZnO-based transparent conductive film can be formed on the flexible substrate in an amorphous state, it can be used for TFTs for transparent devices and transparent electrodes.
このような背景から、フレキシブルデバイス用のTFTや透明電極として使用可能な非晶質状態のZnO系透明導電膜及びその形成方法の開発が課題であった。 From such a background, the development of an amorphous ZnO-based transparent conductive film that can be used as a TFT for a flexible device or a transparent electrode and a method for forming the same have been problems.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の方法は、EuドープZnO透明導電膜を作製する方法であって、スパッタ法により基板上にZnO膜中にEuがドープされたEuドープZnO透明導電膜を成膜するステップを含み、前記成膜するステップは、H 2 O蒸気ガスを導入しながら実行され、前記EuドープZnO透明導電膜のEuドープ濃度は、13at.%以上であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the method according to
請求項2に記載の方法は、請求項1に記載の方法であって、当該成膜されたEuドープZnO透明導電膜を水素ガス雰囲気下、400〜450℃の温度においてアニールするステップをさらに含むことを特徴とする。
The method according to claim 2 is the method according to
本発明によると、薄膜トランジスタのゲート部、表示機器、太陽電池などに用いられるZnO系透明導電膜において、Eu3+という重い元素の3価イオンをドープすることで、ZnOに導電性をもたらすとともに結晶性を低下させることができるため、非晶質状態の透明電極あるいはTFTのゲート材料を得ることができる。また、水素ガス中でのポストアニールを併用することで、本発明に係る形成プロセスにおいて抵抗率が増大した場合であっても現実的に実用可能な抵抗値まで下げることが可能なため、湾曲可能かつ低抵抗なTFTや透明電極としてフレキシブルデバイスへ適用する道を開くものである。 According to the present invention, ZnO-based transparent conductive film used for a gate portion of a thin film transistor, a display device, a solar cell, etc. is doped with a trivalent ion of a heavy element called Eu 3+ , thereby bringing conductivity into ZnO and crystal. Therefore, an amorphous transparent electrode or a TFT gate material can be obtained. In addition, by using post-annealing in hydrogen gas in combination, the resistance can be lowered to a practically practical resistance value even when the resistivity is increased in the formation process according to the present invention. And it opens the way to apply to flexible devices as low resistance TFTs and transparent electrodes.
上記課題を解決するために、本発明においては、希土類元素であるEuをZnO系透明導電膜へのドーパントとして用いる。Eu3+イオンがZn2+サイトに置換することでEu3+イオンがドナーとして働くことが期待されるが、ドナー準位はGa3+やAl3+に比べてバンドギャップの深い位置にあると予想される。そのため、Eu3+イオンがZnO中で本当にドナーとして働くかどうかは自明ではなかった。しかし、本発明によりドナーとして機能することが実証された。 In order to solve the above problems, in the present invention, Eu, which is a rare earth element, is used as a dopant for the ZnO-based transparent conductive film. While Eu 3+ ion is Eu 3+ ions by substituting Zn 2+ site is expected to serve as a donor, the donor level is in a deep position in the band gap as compared to Ga 3+ and Al 3+ It is expected to be. Therefore, it was not obvious whether Eu 3+ ions really act as donors in ZnO. However, it has been demonstrated by the present invention to function as a donor.
一方で、Eu3+のイオン半径はZn2+のイオン半径よりもかなり大きいため、サイト置換したEu3+イオンはZnO結晶格子に歪みを及ぼす。その影響は、イオン半径が比較的小さなGa3+イオンやAl3+イオンをドープした場合に比べて甚大である。結果として、GaドープZnOやAlドープZnOに比べてEuドープZnOの結晶性は悪くなる。さらに、Eu3+の価数がZn2+の価数と異なることも影響して、少量だけがZn2+サイトに置換することができ、ZnO結晶子内に収容しきれなかったEu3+イオンは結晶子の外へ放出されることになる。粒界にEu2O3が析出されると、ZnOの結晶子サイズは必然的に小さくなる。これらの効果が相まって、Eu濃度がおよそ10at.%を超えると、ZnO結晶は非晶質状態になる。 On the other hand, since the ionic radius of Eu 3+ is considerably larger than that of Zn 2+ , site-substituted Eu 3+ ions distort the ZnO crystal lattice. The influence is enormous compared with the case where Ga 3+ ions or Al 3+ ions having a relatively small ion radius are doped. As a result, the crystallinity of Eu-doped ZnO is worse than Ga-doped ZnO or Al-doped ZnO. Furthermore, due to the fact that the valence of Eu 3+ is different from the valence of Zn 2+ , only a small amount can be substituted for the Zn 2+ site, and Eu 3+ that could not be accommodated in the ZnO crystallites. The ions will be released out of the crystallite. When Eu 2 O 3 is precipitated at the grain boundary, the crystallite size of ZnO is inevitably reduced. When these effects are combined and the Eu concentration exceeds approximately 10 at.%, The ZnO crystal becomes amorphous.
また、ZnOの結晶性は、成膜時の雰囲気にも影響される。従来のスパッタ法による成膜においては、真空中の還元雰囲気下でZnO膜を形成するため、c軸配向の結晶性の良いZnO膜が得られる。一方、酸素源となるガスを導入してZnO膜を形成すると、ZnO膜がランダム配向になりやすく、非晶質状態にしやすい。特に、H2Oガスを用いることで、ZnOの結晶性を効率的に低下させることができ、非晶質状態のZnO系透明導電膜を形成しやすくなる。 The crystallinity of ZnO is also affected by the atmosphere during film formation. In the film formation by the conventional sputtering method, a ZnO film is formed in a reducing atmosphere in a vacuum, so that a ZnO film having good c-axis orientation crystallinity can be obtained. On the other hand, when a gas serving as an oxygen source is introduced to form a ZnO film, the ZnO film tends to be in a random orientation and easily in an amorphous state. In particular, by using H 2 O gas, the crystallinity of ZnO can be efficiently reduced, and an amorphous ZnO-based transparent conductive film can be easily formed.
しかし、以上のような方法によってZnO膜の結晶性を低下させた場合、電子の移動度が低下する。また、H2O蒸気などのガスによりZnO膜を過剰酸化することで、キャリア密度も低下する。その結果、ZnO膜の電気伝導性が悪くなり、透明導電膜としては使えない場合があるという課題に直面する。そこで、水素中にて400〜450℃でポストアニールすることで、ZnO膜を部分的に還元し、Eu3+イオンのドナーとしての働きを回復させることができる。 However, when the crystallinity of the ZnO film is lowered by the method as described above, the electron mobility is lowered. Further, the carrier density is also lowered by excessively oxidizing the ZnO film with a gas such as H 2 O vapor. As a result, the electrical conductivity of the ZnO film is deteriorated, and the problem that it may not be used as a transparent conductive film is encountered. Therefore, by performing post-annealing in hydrogen at 400 to 450 ° C., the ZnO film can be partially reduced and the function as a donor of Eu 3+ ions can be recovered.
以下、本発明の有効性を示すために、本発明に係るEuドープZnO透明導電膜について、EuドープZnO透明導電膜の形成とその電気伝導性の評価を行った。電気的特性は、下記実施例1乃至3に係る方法で作製された低抵抗試料についてはホール効果測定により評価し、下記実施例4に係る方法で作製された高抵抗試料については四端子法によってシート抵抗を測定した。 Hereinafter, in order to show the effectiveness of the present invention, formation of an Eu-doped ZnO transparent conductive film and evaluation of its electrical conductivity were performed on the Eu-doped ZnO transparent conductive film according to the present invention. The electrical characteristics were evaluated by Hall effect measurement for the low resistance samples prepared by the methods according to Examples 1 to 3 below, and the four resistance method for the high resistance samples prepared by the method according to Example 4 below. Sheet resistance was measured.
以下の実施例では、濃度1at.%のEuを含有するZnOターゲットとEu2O3ターゲットからの共スパッタにより高抵抗基板上へ成膜することにより、各実施例に係るEuドープZnO透明導電膜を作製した。Eu2O3ターゲットヘのスパッタパワーを増やすことでZnO膜中のEu濃度を増やすことが可能である。基板の抵抗は十分に大きいため、電気伝導性はZnO膜から生じている。 In the following examples, the Eu-doped ZnO transparent conductive film according to each example is formed by forming a film on a high-resistance substrate by co-sputtering from a ZnO target containing Eu at a concentration of 1 at.% And an Eu 2 O 3 target. Was made. It is possible to increase the Eu concentration in the ZnO film by increasing the sputtering power to the Eu 2 O 3 target. Since the resistance of the substrate is sufficiently large, the electrical conductivity comes from the ZnO film.
(実施例1)
図1及び図2を用いて、本発明の実施例1に係るEuドープZnO透明導電膜について説明する。本発明の実施例1に係るEuドープZnO透明導電膜は、スパッタ法を用いて基板上に形成される。図1は、酸素ガス導入なしの条件で、高抵抗Si(100)基板上に室温において成膜したEu濃度0.9at.%のEuドープZnO透明導電膜のキャリア密度n、ホール移動度μ及び抵抗率ρの膜厚依存性を示す。図1には、膜厚の増加に伴ってキャリア密度n及びホール移動度μは増大し、抵抗率ρは減少するという透明導電膜の一般的な特徴が表れている。図1に示されるように、膜厚100nmにおいて2mΩ・cmの抵抗率ρが得られている。
Example 1
The Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 1 of the present invention is formed on a substrate using a sputtering method. FIG. 1 shows a carrier density n, a hole mobility μ and an Eu-doped ZnO transparent conductive film with an Eu concentration of 0.9 at.% Formed on a high-resistance Si (100) substrate at room temperature without introducing oxygen gas. The film thickness dependence of resistivity ρ is shown. FIG. 1 shows a general characteristic of the transparent conductive film that the carrier density n and the hole mobility μ increase and the resistivity ρ decreases as the film thickness increases. As shown in FIG. 1, a resistivity ρ of 2 mΩ · cm is obtained at a film thickness of 100 nm.
ここで、同じ成膜装置を用いて同じ成膜条件で得られた膜厚100nmのアンドープZnO膜の抵抗率は4.5mΩ・cmであったため、Eu3+はドナーとして働いていることが分かる。 Here, since the resistivity of the 100 nm-thick undoped ZnO film obtained under the same film formation conditions using the same film formation apparatus was 4.5 mΩ · cm, it can be seen that Eu 3+ works as a donor. .
Eu3+がEuドープZnO中でドナーとして働いていることをさらに示すために、図1で用いた条件に対して成膜温度を変更した場合の結果を図2を用いて示す。図2は、酸素ガス導入なしの条件で、高抵抗Si(100)基板上に200℃において成膜したEu濃度0.9at.%のEuドープZnO透明導電膜のキャリア密度n、ホール移動度μ及び抵抗率ρの膜厚依存性を示す。図2に示す結果では、図1に示す結果と類似した傾向の特性が得られているが、膜厚100nmにおける抵抗率ρは6mΩ・cmと高くなっている。しかし、アンドープZnO膜の場合(図2では不図示)、200℃で成膜すると抵抗率ρは0.4Ω・cmと、図2において200℃で成膜されたEuドープZnO透明導電膜の抵抗率ρよりはるかに高い値を取る。 In order to further show that Eu 3+ works as a donor in Eu-doped ZnO, the results when the film formation temperature is changed with respect to the conditions used in FIG. 1 are shown in FIG. FIG. 2 shows the carrier density n and hole mobility μ of an Eu-doped ZnO transparent conductive film with an Eu concentration of 0.9 at.% Formed on a high resistance Si (100) substrate at 200 ° C. without introducing oxygen gas. And the film thickness dependence of resistivity ρ. In the result shown in FIG. 2, characteristics having a tendency similar to the result shown in FIG. 1 are obtained, but the resistivity ρ at a film thickness of 100 nm is as high as 6 mΩ · cm. However, in the case of an undoped ZnO film (not shown in FIG. 2), the resistivity ρ is 0.4 Ω · cm when formed at 200 ° C., and the resistance of the Eu-doped ZnO transparent conductive film formed at 200 ° C. in FIG. Takes a value much higher than the rate ρ.
ここで、アンドープZnO膜においては、酸素空孔や格子間亜鉛などの内因性ドナーによって伝導性が発現している。アニールによって格子間に存在する酸素原子が熱拡散して酸素空孔と再結合して格子の組み換えが起きると、ドナー源である欠陥が消滅する。一方、外因性ドナーであるEu3+により伝導性がもたらされているEuドープZnO透明導電膜に関しては、酸化度がEu3+の活性化に一定の影響を与えているものの、アンドープZnO膜における酸素空孔の消滅ほど直接的な影響がない。そのため、成膜温度の上昇による抵抗率ρの増大も、室温で成膜した場合の2mΩ・cmから200℃で成膜した場合の6mΩ・cmと、微幅に留まっているものと解釈することができる。このように、成膜温度の影響が少ないことも、Eu3+がEuドープZnO中でドナーとして働いていることを証明している。 Here, in the undoped ZnO film, conductivity is expressed by intrinsic donors such as oxygen vacancies and interstitial zinc. When oxygen atoms existing between lattices are thermally diffused by annealing and recombined with oxygen vacancies to cause recombination of lattices, defects that are donor sources disappear. On the other hand, regarding the Eu-doped ZnO transparent conductive film in which conductivity is provided by Eu 3+ which is an exogenous donor, although the degree of oxidation has a certain influence on the activation of Eu 3+ , the undoped ZnO film Is not as direct as the disappearance of oxygen vacancies. Therefore, the increase in resistivity ρ due to an increase in film formation temperature should be interpreted as being only a small range from 2 mΩ · cm when formed at room temperature to 6 mΩ · cm when formed at 200 ° C. Can do. Thus, the small influence of the film formation temperature also proves that Eu 3+ works as a donor in Eu-doped ZnO.
(実施例2)
図3を用いて、本発明の実施例2に係るEuドープZnO透明導電膜について説明する。実施例2に係るEuドープZnO透明導電膜は、酸素源としてガスを導入しながら基板上に成膜される。それにより、上述のようにZnO膜がランダム配向になりやすく、ZnO膜を非晶質状態にしやすくなる。
(Example 2)
An Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 2 is formed on the substrate while introducing a gas as an oxygen source. As a result, the ZnO film is likely to be randomly oriented as described above, and the ZnO film is likely to be in an amorphous state.
図3は、サファイアC面基板上に室温にてEu濃度2at.%のEuドープZnO透明導電膜を成膜する際に、酸素ガス又はH2O蒸気ガスを酸素源に用いた場合のEuドープZnO透明導電膜のX線回折パタンを例示する。図3に示されるように、実施例2に係るEuドープZnO透明導電膜では、ZnO(002)ピークの強度は、H2Oガスで成膜した場合には、酸素ガスで成膜した場合に比べて2桁以上小さくなっている。ここで、ガスを導入しないでEuドープZnO透明導電膜を成膜した場合は酸素ガスで成膜した場合と同程度の結果が得られることが知られている。よって、有利にはH2Oガスを用いることで、ZnOの結晶性を効率的に低下させることができ、ZnO膜の非晶質化がより促進されることが分かる。 FIG. 3 shows Eu doping when oxygen gas or H 2 O vapor gas is used as an oxygen source when forming an Eu-doped ZnO transparent conductive film having a Eu concentration of 2 at. The X-ray diffraction pattern of a ZnO transparent conductive film is illustrated. As shown in FIG. 3, in the Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 2, the intensity of the ZnO (002) peak is as follows when the film is formed with H 2 O gas and when the film is formed with oxygen gas. Compared to two orders of magnitude smaller. Here, it is known that when an Eu-doped ZnO transparent conductive film is formed without introducing a gas, results similar to those obtained when an oxygen gas film is formed are obtained. Therefore, it can be seen that the use of H 2 O gas advantageously makes it possible to efficiently reduce the crystallinity of ZnO and promote the amorphization of the ZnO film.
(実施例3)
図4を用いて、本発明の実施例3に係るEuドープZnO透明導電膜について説明する。実施例3に係るEuドープZnO透明導電膜は、Euを高濃度ドープすることによって成膜される。それにより、ZnO膜の非晶質化をより促進することができる。
(Example 3)
The Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 3 is formed by highly doping Eu. Thereby, the amorphization of the ZnO film can be further promoted.
図4は、H2O蒸気ガスを用いて高抵抗Si(100)基板上に室温にて成膜したEuドープZnO透明導電膜中のEu濃度を4.3at.%、7.8at.%、13at.%と増大させたときのX線回折パタンを例示する。図4に示されるように、H2O蒸気ガスを使用しているため既にZnO(002)ピーク強度は比較的小さいが、13at.%とEuを高濃度ドープすると、ZnO(002)回折ピークは完全に消滅し、非晶質状態になっていることが分かる。このように、Euを高濃度ドープすることによってZnO膜の非晶質化をより促進することができる。ここで、Eu濃度がおよそ10at.%を超えるとZnO結晶は非晶質状態になるため、Eu濃度は10at.%以上が好ましく、完全に非晶質状態になるためには13at.%以上であることがより好ましい。 FIG. 4 shows that the Eu concentration in the Eu-doped ZnO transparent conductive film formed at room temperature on a high resistance Si (100) substrate using H 2 O vapor gas is 4.3 at.%, 7.8 at.%, The X-ray diffraction pattern when increased to 13 at. As shown in FIG. 4, since the H 2 O vapor gas is used, the ZnO (002) peak intensity is already relatively small, but when doping at a high concentration of 13 at.% And Eu, the ZnO (002) diffraction peak is It can be seen that it has completely disappeared and is in an amorphous state. As described above, the amorphous doping of the ZnO film can be further promoted by highly doping Eu. Here, since the ZnO crystal becomes amorphous when the Eu concentration exceeds approximately 10 at.%, The Eu concentration is preferably 10 at.% Or more, and in order to be completely amorphous, it is 13 at.% Or more. More preferably.
(実施例4)
図5乃至図8を用いて、本発明の実施例4に係るEuドープZnO透明導電膜について説明する。上述のように、実施例2又は3の方法によりZnO膜の結晶性を低下させた場合、ZnO膜の電気伝導性が悪くなり、透明導電膜としては使えない場合がある。
Example 4
An Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. As described above, when the crystallinity of the ZnO film is lowered by the method of Example 2 or 3, the electrical conductivity of the ZnO film is deteriorated and may not be used as a transparent conductive film.
図8は、本発明の実施例4に係るEuドープZnO透明導電膜形成方法を示す。図8に示されるように、本発明の実施例4に係るEuドープZnO透明導電膜は、ステップ801で、酸素源となるガスを導入しつつスパッタ法を用いて成膜されたEuドープZnO透明導電膜を形成する。次に、ステップ802で、ステップ801で作製したEuドープZnO透明導電膜を、水素ガス雰囲気下、400〜450℃の温度においてポストアニールする。それにより、実施例4に係るEuドープZnO透明導電膜においては、実施例2又は3の方法によって電気伝導性が悪くなったEuドープZnO透明導電膜を部分的に還元し、Eu3+イオンのドナーとしての働きを回復させることができる。
FIG. 8 shows a method for forming an Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 4 of the present invention. As shown in FIG. 8, the Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 4 of the present invention is a Eu-doped ZnO transparent film formed by sputtering in
図5は、酸素ガスを用いて高抵抗Si(100)基板上に室温にて成膜したEu濃度5at.%のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗と、当該EuドープZnO透明導電膜を水素ガス中にて1時間ポストアニールした後のシート抵抗とのアニール温度依存性を示す。図5では、酸素ガスを用いて室温にて成膜したEu濃度5at.%のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗のアニール温度依存性を特性501として示し、当該EuドープZnO透明導電膜を水素ガス中にて1時間ポストアニールした後の実施例4に係るEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗のアニール温度依存性を特性502として示す。 FIG. 5 shows a sheet resistance of an Eu-doped ZnO transparent conductive film having an Eu concentration of 5 at.% Formed on a high-resistance Si (100) substrate using oxygen gas at room temperature, and the Eu-doped ZnO transparent conductive film is hydrogenated. The annealing temperature dependence with the sheet resistance after 1 hour post-annealing in gas is shown. In FIG. 5, the annealing temperature dependence of the sheet resistance of an Eu-doped ZnO transparent conductive film having an Eu concentration of 5 at.% Deposited at room temperature using oxygen gas is shown as a characteristic 501, and the Eu-doped ZnO transparent conductive film is represented by hydrogen. The annealing temperature dependence of the sheet resistance of the Eu-doped ZnO transparent conductive film according to Example 4 after post-annealing in gas for 1 hour is shown as a characteristic 502.
図5の特性502に示されるように、アニール温度300℃まではアニールの効果はないが、350℃、400℃、450℃において、シート抵抗が著しく減少している。特に、400℃及び450℃のアニール後には、300〜400Ω/□といった透明導電膜として十分実用になるレベルの低い抵抗値が得られている。このように、温度が400℃〜450℃の範囲のアニーリングにおいて、解離した水素原子が余分な酸素を除き、Eu3+がドナーとして活性化したものと考えられる。そのため、本実施例に係るEuドープZnO透明導電膜によると、実施例2又は3の方法で非晶質化されたEuドープZnO透明導電膜の抵抗値を十分実用になるレベルの低い抵抗値に低減することができる。 As shown by the characteristic 502 in FIG. 5, there is no annealing effect up to the annealing temperature of 300 ° C., but the sheet resistance is remarkably reduced at 350 ° C., 400 ° C., and 450 ° C. In particular, after annealing at 400 ° C. and 450 ° C., a low resistance value of 300 to 400 Ω / □, which is a sufficiently practical level as a transparent conductive film, is obtained. As described above, it is considered that Eu 3+ is activated as a donor by removing the excess oxygen from the dissociated hydrogen atoms in the annealing in the temperature range of 400 ° C. to 450 ° C. Therefore, according to the Eu-doped ZnO transparent conductive film according to this example, the resistance value of the Eu-doped ZnO transparent conductive film amorphized by the method of Example 2 or 3 is set to a low resistance value that is sufficiently practical. Can be reduced.
図6を用いて、本発明の実施例4の他の例に係るEuドープZnO透明導電膜について説明する。本発明の実施例4の他の例に係るEuドープZnO透明導電膜は、酸素ガスを導入しつつスパッタ法を用いて高抵抗Si(100)基板上に成膜されたEu濃度14at.%のEuドープZnO透明導電膜を、水素ガス雰囲気下、400〜450℃の温度においてポストアニールすることにより作製される。図6は、酸素ガスを用いて室温にて成膜したEu濃度14at.%のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗と、当該EuドープZnO透明導電膜を水素ガス中にて1時間ポストアニールした後のシート抵抗とのアニール温度依存性を例示する。図6では、酸素ガスを用いて室温にて成膜したEu濃度14at.%のシート抵抗のアニール温度依存性を特性601として示し、当該EuドープZnO透明導電膜を水素ガス中にて1時間ポストアニールした後のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗のアニール温度依存性を特性602として示す。また、図6では、Eu濃度が14at.%と高濃度にドープしたEuドープZnO透明導電膜を用いており、このEuドープZnO透明導電膜は非晶質状態である。 An Eu-doped ZnO transparent conductive film according to another example of Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG. An Eu-doped ZnO transparent conductive film according to another example of Example 4 of the present invention has an Eu concentration of 14 at.% Formed on a high resistance Si (100) substrate by sputtering while introducing oxygen gas. The Eu-doped ZnO transparent conductive film is produced by post-annealing at a temperature of 400 to 450 ° C. in a hydrogen gas atmosphere. FIG. 6 shows a sheet resistance of an Eu-doped ZnO transparent conductive film with an Eu concentration of 14 at.% Formed at room temperature using oxygen gas, and the Eu-doped ZnO transparent conductive film was post-annealed in hydrogen gas for 1 hour. The annealing temperature dependence with subsequent sheet resistance is illustrated. In FIG. 6, the annealing temperature dependence of the sheet resistance with an Eu concentration of 14 at.% Deposited at room temperature using oxygen gas is shown as a characteristic 601, and the Eu-doped ZnO transparent conductive film is post-treated in hydrogen gas for 1 hour The annealing temperature dependence of the sheet resistance of the Eu-doped ZnO transparent conductive film after annealing is shown as a characteristic 602. In FIG. 6, an Eu-doped ZnO transparent conductive film doped with a high Eu concentration of 14 at.% Is used, and this Eu-doped ZnO transparent conductive film is in an amorphous state.
図6の特性602に示されるように、400〜450℃のアニールの後に300〜500Ω/□までシート抵抗が減少しており、透明導電膜として十分実用になるレベルの低い抵抗値が得られている。このように、水素中でアニールすることで、シート抵抗が減少することは明らかである。 As shown by the characteristic 602 in FIG. 6, the sheet resistance decreases to 300 to 500 Ω / □ after annealing at 400 to 450 ° C., and a low resistance value that is sufficiently practical for a transparent conductive film is obtained. Yes. Thus, it is clear that the sheet resistance decreases by annealing in hydrogen.
一方で、アニールを真空中で行うと抵抗の減少はほとんど見られず、あるいは酸素ガス中でアニールした場合には、むしろ高抵抗化した(図6では不図示)。則ち、抵抗を減らすためには、水素中でのアニールが本質的である。 On the other hand, when the annealing is performed in a vacuum, the resistance is hardly decreased, or when the annealing is performed in oxygen gas, the resistance is rather increased (not shown in FIG. 6). In other words, annealing in hydrogen is essential to reduce resistance.
図7を用いて、本発明の実施例4のさらに他の例に係るEuドープZnO透明導電膜について説明する。本発明の実施例4のさらに他の例に係るEuドープZnO透明導電膜は、実施例2のH2O蒸気ガスを導入しつつスパッタ法を用いて高抵抗Si(100)基板上に成膜されたEu濃度5at.%のEuドープZnO透明導電膜を、水素ガス雰囲気下、400〜450℃の温度においてポストアニールすることにより作製される。図7はH2O蒸気ガスを用いて室温にて成膜したEu濃度5at.%のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗と、当該EuドープZnO透明導電膜を水素ガス中にて1時間ポストアニールした後のシート抵抗とのアニール温度依存性を例示する。図7では、H2O蒸気ガスを用いて室温にて成膜したEu濃度5at.%のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗のアニール温度依存性を特性701として示し、当該EuドープZnO透明導電膜を水素ガス中にて1時間ポストアニールした後のEuドープZnO透明導電膜のシート抵抗のアニール温度依存性を特性702として示す。 An Eu-doped ZnO transparent conductive film according to still another example of Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG. An Eu-doped ZnO transparent conductive film according to still another example of Example 4 of the present invention is formed on a high-resistance Si (100) substrate by sputtering while introducing the H 2 O vapor gas of Example 2. The Eu-doped ZnO transparent conductive film having an Eu concentration of 5 at.% Is produced by post-annealing at a temperature of 400 to 450 ° C. in a hydrogen gas atmosphere. FIG. 7 shows the sheet resistance of an Eu-doped ZnO transparent conductive film with an Eu concentration of 5 at.% Formed at room temperature using H 2 O vapor gas, and the Eu-doped ZnO transparent conductive film is post-posted in hydrogen gas for 1 hour. The annealing temperature dependence with the sheet resistance after annealing is illustrated. In FIG. 7, the annealing temperature dependence of the sheet resistance of the Eu-doped ZnO transparent conductive film with an Eu concentration of 5 at.% Formed at room temperature using H 2 O vapor gas is shown as a characteristic 701. The annealing temperature dependence of the sheet resistance of the Eu-doped ZnO transparent conductive film after post-annealing the film in hydrogen gas for 1 hour is shown as a characteristic 702.
図7の特性702に示されるように、やはり350〜450℃の範囲において、シート抵抗の低下が観測されており、この場合、最終的な値は1kΩ/□程度に留まっている。このように、本発明に係るポストアニールの温度は、350〜450℃の範囲が好適である。 As shown by the characteristic 702 in FIG. 7, a decrease in sheet resistance is also observed in the range of 350 to 450 ° C. In this case, the final value remains at about 1 kΩ / □. Thus, the post-annealing temperature according to the present invention is preferably in the range of 350 to 450 ° C.
Claims (2)
スパッタ法により基板上にZnO膜中にEuがドープされたEuドープZnO透明導電膜を成膜するステップを含み、
前記成膜するステップは、H 2 O蒸気ガスを導入しながら実行され、
前記EuドープZnO透明導電膜のEuドープ濃度は、13at.%以上であることを特徴とする方法。 A method for producing a Eu-doped ZnO transparent conductive film,
Look including the step of Eu in the ZnO film on a substrate forming a Eu-doped ZnO transparent conductive film doped by sputtering,
The film forming step is performed while introducing H 2 O vapor gas,
The Eu doping concentration of the Eu-doped ZnO transparent conductive film is 13 at.% Or more .
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