JP6404068B2 - 酸化物前駆体材料 - Google Patents
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溶液プロセスで、酸化物半導体薄膜デバイスを作製する際に用いられる酸化物半導体前駆体材料としては、金属塩にアルコールアミンを安定剤として添加し、メトキシエタノールを溶剤とするものが代表的である。この酸化物半導体前駆体材料は、安定剤のアルコールアミンが金属イオンに配位して安定化する。したがって、酸化物半導体の性能として移動度1cm2V-1s-1以上を実現するためには、成膜後におおむね400℃以上の高温加熱処理が必要である。このため、この酸化物半導体前駆体材料は、プラスチック基材上へのデバイス形成が困難である。
また、金属塩水和物と、2−メトキシエタノールを含有する金属酸化物半導体前駆体溶液が知られている(非特許文献1)。
しかしながら、2−メトキシエタノールを主溶媒とする場合、2−メトキシエタノールは表面張力が28.2mN/mと大きく、ここに金属塩水和物が溶解しているため前駆体溶液の表面張力がさらに大きくなり、前駆体溶液を基材上に薄く均一に塗布するのが困難である。
硝酸インジウム0.594g、硝酸ガリウム0.030g、および硝酸亜鉛0.223gと、水2.5mLと、2,2,2−トリフルオロエタノール2.5mLを混合し、この混合液が透明になるまでアイスバス中でマグネチックスターラーを用いて撹拌し、酸化物前駆体材料を得た。そして、熱重量示差熱同時測定装置を用いて、得られた酸化物前駆体材料の熱分析を行った。
実施例1で得られた酸化物前駆体材料を、VUV処理装置で表面親水化処理された酸化膜付シリコンウエハ上にスピンコートした。そして、ホットプレート上で130℃、5分間加熱した後、電気炉で300℃、60分間焼成してインジウムとガリウムと亜鉛の混合酸化物の膜を得た。つぎに、この酸化物膜上にソース電極およびドレイン電極となるアルミニウムをスパッタリングで堆積し、ボトムゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタを作製した。この薄膜トランジスタの伝達特性を図2に示す。ヒステリシスが小さく、閾値電圧が0Vに近い薄膜トランジスタを得ることができた。また、この薄膜トランジスタの移動度は1.0〜1.4cm2V-1s-1、on/off比は106〜107を示した。
実施例1で得られた酸化物前駆体材料を、真空UV処理装置にて表面親水化処理されたポリイミドフィルム上にスピンコートし、実施例2と同じ加熱および焼成処理を行ってインジウムとガリウムと亜鉛の混合酸化物の膜を得た。このように、300℃以下での熱処理で高性能な酸化物半導体が得られるので、ポリイミドのようなプラスチック基材の表面に半導体デバイスが作製できる。また、酸化物前駆体材料の合成や酸化物半導体作製を大気中で行うことができるため、窒素などの不活性ガスで置換されたグローブボックス内などでの作業が必要なく、取り扱いが容易である。
硝酸インジウム0.71gおよび硝酸亜鉛0.149gと、水2.5mLと、2,2,2−トリフルオロエタノール2.5mLを混合し、この混合液が透明になるまでアイスバス中でマグネチックスターラーを用いて30分間撹拌することによって、酸化物前駆体材料を得た。得られた酸化物前駆体材料を、VUV処理装置で表面親水化処理された酸化膜付シリコンウエハ上にスピンコートし、実施例2と同じ加熱および焼成処理を行ってインジウムと亜鉛の混合酸化物の膜を得た。つぎに、この酸化物膜上にソース電極およびドレイン電極となるアルミニウムをスパッタリングで堆積し、ボトムゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタを作製した。この薄膜トランジスタの伝達特性を図3に示す。ヒステリシスが少なく、閾値電圧がほぼ0Vの安定な半導体特性が観察された。
硝酸インジウム0.355gと、水5mLと、2,2,2−トリフルオロエタノール5mLを混合し、この混合液が透明になるまでアイスバス中でマグネチックスターラーを用いて60分間撹拌することによって、酸化物前駆体材料を得た。得られた酸化物前駆体材料を、VUV処理装置で表面親水化処理された酸化膜付シリコンウエハ上にスピンコートし、実施例2と同じ加熱および焼成処理を行ってインジウム酸化物の膜を得た。
硝酸インジウム0.177gおよび硝酸ガリウム0.199gと、水5mLと、2,2,2−トリフルオロエタノール5mLを混合し、この混合液が透明になるまでアイスバス中でマグネチックスターラーを用いて120分間撹拌することによって、酸化物前駆体材料を得た。得られた酸化物前駆体材料を、VUV処理装置で表面親水化処理された酸化膜付シリコンウエハ上にスピンコートし、実施例2と同じ加熱および焼成処理を行ってインジウムとガリウムの混合酸化物の膜を得た。
Claims (6)
- 酸化物半導体を構成する金属の塩と、水と、フッ素を含有するアルコールとを有する酸化物前駆体材料。
- 請求項1において、
前記金属が亜鉛、インジウム、およびガリウムから選択される一種以上である酸化物前駆体材料。 - 請求項1または2において、
前記フッ素を含有するアルコールの沸点が60℃以上150℃以下である酸化物前駆体材料。 - 請求項1から3のいずれかにおいて、
前記フッ素を含有するアルコールの容量が前記水の容量以上である酸化物前駆体材料。 - 請求項1から4のいずれかにおいて、
前記金属の塩が金属硝酸塩である酸化物前駆体材料。 - 請求項1から5のいずれかにおいて、
前記フッ素を含有するアルコールの表面張力が25mN/cm以下である酸化物前駆体材料。
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