JPH04141909A - 透明導電膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上利用しつる分野〕 本発明は、液晶デイスプレィ　（ＬＣＤ）、プラズマデ
イスプレィ　（ＦＤＰ）、エレクトロクロミックデイス
プレィ　（ＥＣＤ）、エレクトロルミネッセントデイス
プレィ（Ｅ　Ｌ　Ｄ）等の各種デイスプレィ、光学素子
、光学センサー、タッチパネル、太陽電池等に使用され
る透明導電膜及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種透明導電膜としては酸化錫、酸化インジウ
ム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が良く知られている
が、例えば太陽電池等は酸化錫、ＩＴＯ等の透明電極膜
上にａ−シリコンを還元雰囲気下において積層して製造
されるが、酸化錫、ＩＴＯは耐還元性が低く容易に金属
化され、不透明化するという問題があり、しかも加熱状
態では一層金属化が促進されるという問題がある。又、
。

熱的安定性が低く、エレクトロルミネッセントデイスプ
レィ等の素子に用いる場合、熱処理を受けると抵抗率が
大きくなったり、インジウム、錫が発光層に拡散して悪
影響を及ぼす等の問題、更に抵抗率を下げるために成膜
時又は成膜後に３００℃以上の熱処理が必要という製造
上の問題があり、しかもインジウム自体貴金属のため高
価である。

そのため、最近、安価な酸化亜鉛を透明導電膜材料とし
て使用する試みがなされているが、可視域での透明性は
高いものの、熱的安定性が低く、導電膜として使用に供
せられるに必要な電気伝導度（抵抗率が少なくとも１０
４Ω・ｃｍ以下）が得られないという問題がある。

そのため、酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜中に■族
の金属を含有させることにより、熱的安定性を向上させ
ることができることが提案され（特開昭６１−２０５６
１９号公報）、また酸化亜鉛を主成分としアルミニウム
を含有する透明導電膜における結晶をＣ軸配向膜とする
ことにより高い電気伝導度が得られることも提案されて
いる（特開昭６２−１２２０１１号公報）。

本発明者等はこの酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜に
ついて鋭意検討する中で、その電気伝導度が透明導電膜
における酸化亜鉛を主成分とする結晶子の大きさにより
大きく影響され、又、予期しえなかったことであるが、
基板温度を３００℃以下とし、イオンブレーティング法
又は反応性イオンブレーティング法により透明導電膜を
形成して、酸化亜鉛を主成分とする結晶子の直径を３０
０Å以上とすることにより透明導電膜として必要な電気
伝導度が得られることを見出した。

即ち、本発明は、透明導電膜としての使用に適した透明
導電膜及びその製造方法の提供を課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の透明導電膜は、酸化亜鉛を主成分とし、基板上
に形成される透明導電膜であって、該透明導電膜を形成
し、酸化亜鉛を主成分とする結晶子の直径が３００Å以
上であることを特徴とする。

また、本発明の透明導電膜は、酸化アルミニラ。

ムを１〜１０重量％含有すること特徴とするものである
。

更に、本発明の透明導電膜の製造方法としては、真空槽
内で、亜鉛又は酸化亜鉛を主成分とする蒸発源を用い、
該蒸発源の上部近傍にイオン化電極及びフィラメントを
配置すると共に、必要に応じて酸素ガスを導入しつつ基
板上に酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜を形成するに
際し、該基板温度を３００℃以下に保持しつつ蒸発蒸気
をイオン化、活性化させて蒸着させ、酸化亜鉛を主成分
とする結晶子の直径を３００Å以上とすることを特徴と
する。

第１図に示すように、本発明の透明導電膜２は基板１上
に形成され、酸化亜鉛を主成分とするが、耐熱性を付与
するために好ましくは酸化アルミニウムが添加される。

酸化アルミニウムは、透明導電膜中１〜１０重量％含有
させるとよく、１０重量％を越えると結晶性が悪化し、
抵抗率が増大するので好ましくない。尚、酸化アルミニ
ウムに代えて、周期律表第■族の金属成分、例えば硼素
、スカンジウム、ガリウム、イツトリウム、インジウム
、タリウム等を使用してもよい。

透明導電膜においては、酸化亜鉛を主成分とする金属酸
化物の結晶子の直径が３００Ａ以上であることが必要で
ある。結晶子の直径が３００Å以下であると導電性が悪
化する。本発明における酸化亜鉛を主成分とする結晶子
の直径は、金属酸化物の結晶子を球形と仮定し、Ｃｕ−
にα線を使用した２θ−θ法による粉末Ｘ線回折パター
ンにおける半値巾を測定することにより得られものであ
る。

本発明における透明導電膜は、２０〜１１０００ｎの膜
厚とすることができ、又、基板としてはプラスティック
フィルム、ガラス、各種成型物、金属板等を使用するこ
とができる。その他、これらの基板上に成膜した有機或
いは無機膜上への成膜も可能である。

次に、本発明の透明導電膜の製造方法について説明する
。

本発明の透明導電膜は、マグネトロンスパッタ法によっ
てもそのスパッタ条件を適宜選択することにより形成し
つるが、特にイオンプレーティング法、又は反応性イオ
ンブレーティング法として知られている蒸着法により容
易に形成される。

以下、図面により説明する。

第２図は本発明の透明導電膜の作製に使用される蒸着装
置を示す概略図であり、図中１は透明導電膜、２は基板
、３はイオンブレーティング装置、４は真空ライン、５
はバルブ、６は酸素ガスの導入ライン、７はバルブ、８
はチャンバー、９は蒸発源、１０は坩堝、１１は電子ビ
ーム加熱装置、１２はイオン化電極、１３はフィラメン
ト、１４はホルダー、１５は電子ビーム、１６は蒸気流
、１７は熱電子流、１８は酸素ガスを示す。

このイオンブレーティング装置３は、底部にバルブ５を
有する真空ライン４を備え、また側部にバルブ７を有す
る酸素ガスの導入ライン６を備えている。イオンブレー
ティング装置３の内部、即ちチャンバー８の下部には、
ターゲットである蒸発源９を入れるための坩堝１０が設
けられてふり、この坩堝の下部には電子銃を含んで構成
される電子ビーム加熱装置１１が設けられている。

又、チャンバー８内のガス導入ライン６とほぼ水平位置
であり、また坩堝１０の上方にイオン化電極１２及びフ
ィラメント１３が設けられている。

更に、チャンバー８内のイオン化電極のほぼ真上位置に
はホルダー１４が設けられており、このホルダー１４は
透明導電膜が形成される基板２を保持するものである。

このような構成を有するイオンブレーティング装置にお
いて、坩堝１０内の蒸発源９は、電子ビーム加熱装置１
１から放出されると共に加速集束された電子ビーム１５
により加熱され、蒸発してその蒸気流１６が上方に向け
て発生する。一方、イオン化電極１２は、フィラメント
１３に対して正電位にバイアスされており、このイオン
化電極１２とフィラメント１３との間には、フィラメン
トからイオン化電極に向けて熱電子流１７が発生する。

酸素ガスの導入ライン６からは、適宜酸素ガス１８がチ
ャンバー８内に導入される。

又、蒸気流及び適宜導入される酸素ガスは、熱電子流に
より金属イオン、酸素イオンにイオン化されると共に再
結合して酸化物の形態で基板上に蒸着される。

イオンブレーティング装置における操作条件について説
明すると、まず、蒸発源としては、金属元素、金属酸化
物等を使用し、その混合物、焼結体、合金等の状態で使
用することができるが、好ましくは酸化亜鉛粉末と酸化
アルミニウム粉末の混合焼結体を使用するとよい。蒸発
源として金属酸化物を使用する場合においては酸素ガス
の導入は省略することができるが、チャンバー８内での
酸素ガス圧をＩ　Ｘ　１０−’〜２　Ｘ　１０−”ｔｏ
ｒｒの範囲に保持するように導入し、成膜真空度を保持
するとよい。酸素ガスは、必要に応じて不活性ガスとの
混合物を使用してもよい。

電子ビーム１５による放電電流量は、電子ビーム加熱袋
［１１に加えられる電力によりコントロールされるが、
この放電電流量に応じて蒸着膜の成膜速度が決定される
。蒸着膜の成膜速度は０゜１〜１００人／　ｓ　ｅ　ｃ
　、望ましくは１〜１０Ａ／ｓｅｃ　（放電電流量とし
ては２〜１０Ａ）の範囲に保持することが好ましいが、
これらの値は蒸発源の規模によって、酸素ガスの導入量
と共に増減する。

又、フィラメント１３により熱電子流が発生するが、フ
ィラメント１３は白色光を放つ程度に加熱すれば充分で
あり、この際フィラメント１３の一端は接地しておくと
よい。又、イオン化電極に印加する電圧は、蒸発流のイ
オン化状態を良好に保つためにフィラメントに対して正
に数十Ｖ程度に印加することが好ましい。

蒸着膜を基板上に成膜するに際し、金属酸化物結晶子の
直径を３００Å以上にするには、基板温度は３００℃以
下とするとよいことが見出された。

その詳細な理由は不明であるが、本発明のイオンブレー
ティング法による成膜においては、基板への蒸気流の衝
突により発生する熱エネルギーの発生により結晶性が高
められるが、同時に基板温度が高すぎると結晶性が破壊
されるものと思われ、例えば基板温度を３００℃以上と
して同一条件でイオンブレーティングして透明導電膜を
形成しても導電性が悪化するので好ましくない。そのた
め基板温度をＰ［＋制御の温度調節器等により３００℃
以下に調節するとよい。

〔作用及び発明の効果〕

本発明の透明導電膜は、酸化亜鉛を主成分とする結晶子
の直径を３００Å以上とするものであるが、結晶子の直
径が３００Å以下であると散乱現象により導電性が低く
なるものである。又、酸化亜鉛導電膜に酸化アルミニウ
ムを含有させることにより熱的安定性が付与されるもの
である。

このような透明導電膜は、イオンブレーティング法又は
反応性イオンブレーティング法により容易に作製しうる
ものであり、特にその基板温度を３００℃以下として蒸
着させることにより得られ、導電膜として使用可能なｌ
Ｘｌ０−”Ω・ｃｍ以下、好ましくはｌＸｌ０−’Ω・
ｃｍ以下の抵抗率のものとすることができ、耐還元性、
熱的安定性に優れたものとすることかできる。

以下、実施例により本発明を説明する。

〔実施例１〕 酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末と酸化アルミニウム（Ａｆａ
Ｏコ）の粉末とを、（Ａ　１ｘ　Ｏｓ　）　／（Ａ　１
２０ｓ　十ｚ　ｎ　Ｏ）で１重量％きなるように混合し
、仮焼、粉砕、圧縮成型後、９００〜１０００℃で本焼
結して蒸発源を作製した。

この蒸発源を使用して、第２図に示すイオンブレーティ
ング装置を下記の条件で操作して基板（７’０５９板ガ
ラス、コーニング社製）上に透明導電膜（膜厚２０’　
００人）を成膜した。

操作条件 成膜真空度　　　　　　　Ｉ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒフ
ィラメント電流　　　　６０Ａ 放電電流　　　　　　　　６Ａ 基板温度　　　　　　　　１５０℃ 形成された透明導電膜の抵抗率は、６．ｌＸ１０−４Ω
・ｃｍ、結晶子の直径は３６０人であった。

〔実施例２〕 実施例１において、放電電流を４八とした以外は実施例
１と同様にして透明導電膜を形成した。

形成された透明導電膜の抵抗率は、１．　２Ｘ１０−３
０・ｃｍ、結晶子の直径は３２０人であった。

〔実施例３〕 実施例１において、放電電流を２Ａとした以外は実施例
１と同様にして透明導ｔｗＩを形成した。

形成された透明導電膜の抵抗率は、２．　９ＸＩ０４Ω
・ｃｍ、結晶子の直径は３１０人であった。

〔比較例１〕 実施例１において、基板温度を３５０℃とした以外は実
施例１と同様にして透明導電膜を形成した。

形成された透明導電膜の抵抗率は、１．　９Ｘ１０−３
Ω・ｃｍ、結晶子の直径は２６０人であった。

〔比較例２〕 実施例１において、放電電流をＩＡとした以外は実施例
１と同様にして透明導電膜を形成した。

形成された透明導電膜の抵抗率は、１．　４Ｘ１０−’
Ω・ｃｒｎ、結晶子の直径は２２０人であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の透明導電膜の断面図、第２図は本発
明の透明導電膜の製造方法に使用されるイオンブレーテ
ィング装置の概略説明図である。 出 願 人 大日本印刷株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化亜鉛を主成分とし、基板上に形成される透明
   導電膜であって、該透明導電膜を形成し、酸化亜鉛を主
   成分とする結晶子の直径が３００Å以上であることを特
   徴とする透明導電膜。
2. （２）上記透明導電膜が、酸化アルミニウムを１〜１０
   重量％含有するものである請求項１記載の透明導電膜。
3. （３）真空槽内で、亜鉛又は酸化亜鉛を主成分とする蒸
   発源を用い、該蒸発源の上部近傍にイオン化電極及びフ
   ィラメントを配置すると共に、必要に応じて酸素ガスを
   導入しつつ基板上に酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜
   を形成するに際し、該基板温度を３００℃以下に保持し
   つつ蒸発蒸気をイオン化、活性化させて蒸着させ、酸化
   亜鉛を主成分とする結晶子の直径を３００Å以上とする
   ことを特徴とする透明導電膜の製造方法。