JPH06103817A - 導電性薄膜 - Google Patents
導電性薄膜Info
- Publication number
- JPH06103817A JPH06103817A JP24761292A JP24761292A JPH06103817A JP H06103817 A JPH06103817 A JP H06103817A JP 24761292 A JP24761292 A JP 24761292A JP 24761292 A JP24761292 A JP 24761292A JP H06103817 A JPH06103817 A JP H06103817A
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- film
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- conductive thin
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Abstract
(57)【要約】
【構成】導電性薄膜3は、伝導キャリア濃度の高い層1
と伝導キャリア濃度の低い層2によって構成され、か
つ、伝導キャリア濃度の高い層の厚さを20nm以下と
した。 【効果】200℃以下で通常では十分な移動度を得られ
ない条件下でも、二次元電子ガスの効果により高い移動
度が得られ、1×10-4Ωcmの比抵抗を示す導電性薄膜
を、可視光域での透過率を損なわずに形成することがで
きる。
と伝導キャリア濃度の低い層2によって構成され、か
つ、伝導キャリア濃度の高い層の厚さを20nm以下と
した。 【効果】200℃以下で通常では十分な移動度を得られ
ない条件下でも、二次元電子ガスの効果により高い移動
度が得られ、1×10-4Ωcmの比抵抗を示す導電性薄膜
を、可視光域での透過率を損なわずに形成することがで
きる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイ等の表
示装置の透明電極として用いることのできる導電性薄膜
に関する。
示装置の透明電極として用いることのできる導電性薄膜
に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイ等の透明電極として透
明導電膜は不可欠であるが、液晶駆動方式やデバイス作
製プロセスによって膜作製温度の上限、要求される比抵
抗は異なってくる。薄膜トランジスタ(TFT)を使う
アクテイブマトリックス方式では、前に形成したTFT
素子にダメージを与えないように膜作製温度は200℃
以下に制限されるが、比抵抗はそれほど重要ではない。
一方、STN (super twisted nematic)方式では、透明
導電膜は走査信号用電極と画素電極を兼ねているので、
シート抵抗で10〜20Ω/□以下が必要である。電極
間距離はコントラストに大きく影響を与えるので、導電
膜の膜厚も100nm以下が良い。従って、きわめて小
さな比抵抗が必要になる。さらに、最近注目されている
カラーSTN方式では、有機カラーフィルタ上に透明導
電膜を成膜する必要がある。このため薄膜作製温度は、
200℃以下の低温に制限される。しかも、STN方式
の特有の低比抵抗が要求される。今後、ディスプレイの
大面積化,カラー化に伴って、ますます低温で低抵抗膜
を作製できる技術が必要となる。
明導電膜は不可欠であるが、液晶駆動方式やデバイス作
製プロセスによって膜作製温度の上限、要求される比抵
抗は異なってくる。薄膜トランジスタ(TFT)を使う
アクテイブマトリックス方式では、前に形成したTFT
素子にダメージを与えないように膜作製温度は200℃
以下に制限されるが、比抵抗はそれほど重要ではない。
一方、STN (super twisted nematic)方式では、透明
導電膜は走査信号用電極と画素電極を兼ねているので、
シート抵抗で10〜20Ω/□以下が必要である。電極
間距離はコントラストに大きく影響を与えるので、導電
膜の膜厚も100nm以下が良い。従って、きわめて小
さな比抵抗が必要になる。さらに、最近注目されている
カラーSTN方式では、有機カラーフィルタ上に透明導
電膜を成膜する必要がある。このため薄膜作製温度は、
200℃以下の低温に制限される。しかも、STN方式
の特有の低比抵抗が要求される。今後、ディスプレイの
大面積化,カラー化に伴って、ますます低温で低抵抗膜
を作製できる技術が必要となる。
【0003】今日まで広く研究され、あるいは実用化さ
れている透明導電膜はSnをドープしたIn2O3(IT
O)、FまたはSbをドープしたSnO2 ,In,A
l,SiなどをドープしたZnO等がある。これらの膜
はいずれもエネルギギャップが3.5eV 以上のn型半
導体で、ドナーとして働くのは添加物イオンと化学量論
組成からの酸素の欠損であることが知られている。透明
導電膜の作製方法は、蒸着法とスパッタリング法が一般
的である。透明導電膜の比抵抗は膜作製の方法と作製条
件に大きく依存し、膜作製時の基板温度が高いほど膜の
比抵抗は小さくなることが知られている。低抵抗膜とし
ては、例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィズ
ィックス 第54巻(1983)3497頁から350
1頁 (J.Appl.Phys. 54(1983)p.3497−3
501)に示されているように、基板温度190℃で
2.1×10-4Ωcm の比抵抗を示すITO膜が得られて
いる。
れている透明導電膜はSnをドープしたIn2O3(IT
O)、FまたはSbをドープしたSnO2 ,In,A
l,SiなどをドープしたZnO等がある。これらの膜
はいずれもエネルギギャップが3.5eV 以上のn型半
導体で、ドナーとして働くのは添加物イオンと化学量論
組成からの酸素の欠損であることが知られている。透明
導電膜の作製方法は、蒸着法とスパッタリング法が一般
的である。透明導電膜の比抵抗は膜作製の方法と作製条
件に大きく依存し、膜作製時の基板温度が高いほど膜の
比抵抗は小さくなることが知られている。低抵抗膜とし
ては、例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィズ
ィックス 第54巻(1983)3497頁から350
1頁 (J.Appl.Phys. 54(1983)p.3497−3
501)に示されているように、基板温度190℃で
2.1×10-4Ωcm の比抵抗を示すITO膜が得られて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、今後
求められている透明導電膜は、1×10-4Ωcm以下の比
抵抗をもち、しかも200℃以下で形成されなければな
らず、前出の公知例の場合では特性は不充分である。膜
作製条件をさらに最適化することによって、多少の比抵
抗の低下は期待できるが、1×10-4Ωcm以下の比抵抗
の膜を200℃以下で得ることは難しいと考えられる。
なぜなら、比抵抗の値を小さくするには伝導キャリアを
増やすこととキャリアの移動度を大きくすることが必要
である。伝導キャリアを増やすためにはドーピング量と
酸素欠損量の最適化が必要で、キャリアの移動度を大き
くするには膜を十分に結晶化しなければならない。前者
については、結晶構造の安定化の点から限界がある。ま
た、後者については、例えば、ITO膜の場合、結晶化
温度が200℃付近にあり、200℃以下での膜形成に
は十分な結晶化が期待できない。
求められている透明導電膜は、1×10-4Ωcm以下の比
抵抗をもち、しかも200℃以下で形成されなければな
らず、前出の公知例の場合では特性は不充分である。膜
作製条件をさらに最適化することによって、多少の比抵
抗の低下は期待できるが、1×10-4Ωcm以下の比抵抗
の膜を200℃以下で得ることは難しいと考えられる。
なぜなら、比抵抗の値を小さくするには伝導キャリアを
増やすこととキャリアの移動度を大きくすることが必要
である。伝導キャリアを増やすためにはドーピング量と
酸素欠損量の最適化が必要で、キャリアの移動度を大き
くするには膜を十分に結晶化しなければならない。前者
については、結晶構造の安定化の点から限界がある。ま
た、後者については、例えば、ITO膜の場合、結晶化
温度が200℃付近にあり、200℃以下での膜形成に
は十分な結晶化が期待できない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は1×10-4Ωcm
以下の比抵抗の透明導電膜を200℃以下で得る一つの
方法を示すもので、1種類以上のカチオン及び酸素から
成り、可視域の光に対し85%以上の透過率をもち、か
つ、導電性を有する薄膜において、キャリア濃度の異な
る複数の層からなることを特徴とする。このような積層
構造は各々の層の、ドーピング量、すなわち、異なる原
子価のカチオンの共存の割合、あるい化学量論組成から
の酸素濃度のずれの度合いを制御することによって実現
しうる。このような積層構造において、高いキャリア濃
度を有する層の厚さを、電子の波長寸法程度である10
〜20nm程度以下にすることにより、この層における
電子は二次元電子ガス(2DEG)状態となり、通常の
三次元状態に比べて高い移動度を持つようになる。この
性質を利用することにより、積層膜の導電率を高く、従
って、抵抗を小さくすることができる。
以下の比抵抗の透明導電膜を200℃以下で得る一つの
方法を示すもので、1種類以上のカチオン及び酸素から
成り、可視域の光に対し85%以上の透過率をもち、か
つ、導電性を有する薄膜において、キャリア濃度の異な
る複数の層からなることを特徴とする。このような積層
構造は各々の層の、ドーピング量、すなわち、異なる原
子価のカチオンの共存の割合、あるい化学量論組成から
の酸素濃度のずれの度合いを制御することによって実現
しうる。このような積層構造において、高いキャリア濃
度を有する層の厚さを、電子の波長寸法程度である10
〜20nm程度以下にすることにより、この層における
電子は二次元電子ガス(2DEG)状態となり、通常の
三次元状態に比べて高い移動度を持つようになる。この
性質を利用することにより、積層膜の導電率を高く、従
って、抵抗を小さくすることができる。
【0006】本発明は、図1に示すように、高いキャリ
ア濃度を有する層を膜の上部に設けても良いし、図2に
示すように、膜の中間部に設けても良い。さらに、図3
に示すように、高いキャリア濃度を有する層を多数設け
ることによって、本発明の効果をさらに顕著にすること
もできる。
ア濃度を有する層を膜の上部に設けても良いし、図2に
示すように、膜の中間部に設けても良い。さらに、図3
に示すように、高いキャリア濃度を有する層を多数設け
ることによって、本発明の効果をさらに顕著にすること
もできる。
【0007】本発明は、真空を破らずに二種類以上の薄
膜を連続して形成できる装置を用いれば容易に実現で
き、蒸着法でもスパッタリング法でもよい。スパッタリ
ング法は、高速でかつ大面積への均質な成膜が可能であ
り、有力な方法であるが、反面、膜表面がプラズマにさ
らされていることから、プラズマによる損傷を受けやす
い欠点がある。一方、蒸着法は、プラズマ損傷といった
問題はないが、大面積基板へ均質に成膜することが難し
いという欠点がある。その点、加速された希ガスイオン
を、ターゲットに衝突させ、はじきだされた粒子を支持
体上に堆積することによって膜形成するイオンビームス
パッタ法は、膜表面がプラズマにさらされることはな
く、また、大面積への均質な成膜も可能であり、導電性
薄膜の形成方法としてはきわめて有力な方法である。
膜を連続して形成できる装置を用いれば容易に実現で
き、蒸着法でもスパッタリング法でもよい。スパッタリ
ング法は、高速でかつ大面積への均質な成膜が可能であ
り、有力な方法であるが、反面、膜表面がプラズマにさ
らされていることから、プラズマによる損傷を受けやす
い欠点がある。一方、蒸着法は、プラズマ損傷といった
問題はないが、大面積基板へ均質に成膜することが難し
いという欠点がある。その点、加速された希ガスイオン
を、ターゲットに衝突させ、はじきだされた粒子を支持
体上に堆積することによって膜形成するイオンビームス
パッタ法は、膜表面がプラズマにさらされることはな
く、また、大面積への均質な成膜も可能であり、導電性
薄膜の形成方法としてはきわめて有力な方法である。
【0008】
【作用】本発明による方法を用いれば、200℃以下で
通常では十分な移動度を得られない条件下でも、二次元
電子ガスの効果により、低抵抗の透明導電膜を得ること
ができる。
通常では十分な移動度を得られない条件下でも、二次元
電子ガスの効果により、低抵抗の透明導電膜を得ること
ができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。
本発明はこれに限定されるものではない。
【0010】〈実施例1〉表面を光学研磨したコーニン
グ#7059ガラスを基板としてイオンビームスパッタ
リング装置内に装着し、1×10-6Torrの真空度まで排
気する。この装置にはIn2O3及びIn2O3−5wt%
SnO2 焼結体がターゲットとして装着され、真空を破
らずに各々の膜を、順次、形成することができる。この
ガラス基板を200℃に保持した後、Ar/O2混合ガ
スを2×10-4Torr の圧力まで導入し、ビーム電圧1
KV,ビーム電流80mAの条件で80nmの厚さのI
n2O3膜を形成する。ホール係数測定から求めたこのI
n2O3膜のキャリア濃度は2.3×1020cm-3である。
グ#7059ガラスを基板としてイオンビームスパッタ
リング装置内に装着し、1×10-6Torrの真空度まで排
気する。この装置にはIn2O3及びIn2O3−5wt%
SnO2 焼結体がターゲットとして装着され、真空を破
らずに各々の膜を、順次、形成することができる。この
ガラス基板を200℃に保持した後、Ar/O2混合ガ
スを2×10-4Torr の圧力まで導入し、ビーム電圧1
KV,ビーム電流80mAの条件で80nmの厚さのI
n2O3膜を形成する。ホール係数測定から求めたこのI
n2O3膜のキャリア濃度は2.3×1020cm-3である。
【0011】引き続いて、ターゲットをIn2O3−5w
t%SnO2 焼結体にし、ビーム電圧1KV,ビーム電
流80mAの条件で20nmの厚さのITO膜を形成す
る。ホール係数測定から求めたこのITO膜のキャリア
濃度は1.2×1021cm-3 である。
t%SnO2 焼結体にし、ビーム電圧1KV,ビーム電
流80mAの条件で20nmの厚さのITO膜を形成す
る。ホール係数測定から求めたこのITO膜のキャリア
濃度は1.2×1021cm-3 である。
【0012】以上の過程により図4に示すような導電膜
が形成された。この膜の表面で測定した比抵抗は0.8
2×10-4Ωcm であった。また、この導電膜の透過率
の分光特性を図5に示す。350nmから800nm可
視光領域において85%以上の透過率があることが分か
る。
が形成された。この膜の表面で測定した比抵抗は0.8
2×10-4Ωcm であった。また、この導電膜の透過率
の分光特性を図5に示す。350nmから800nm可
視光領域において85%以上の透過率があることが分か
る。
【0013】〈実施例2〉表面を光学研磨したコーニン
グ#7059ガラスを基板として、In2O3−10wt
%SnO2 焼結体をターゲットとして、各々DCスパッ
タリング装置内に装着し、1×10-6Torrの真空度まで
排気した後、このガラス基板を200℃に保持する。A
r/O2 混合ガスを4×10-3Torrの圧力まで導入し、
−100Vから−400Vのいくつかのスパッタ電圧条
件でスパッタリングを行い、厚さ100nmのITO膜
を何種類か作製する。各々の膜のホール係数を測定し、
それからキャリア濃度を求める。このキャリア濃度とス
パッタ電圧との関係を図6に示す。この図から、ターゲ
ットの組成を変えなくてもスパッタ条件を変えるだけ
で、膜中のキャリア濃度をコントロールできることがわ
かる。
グ#7059ガラスを基板として、In2O3−10wt
%SnO2 焼結体をターゲットとして、各々DCスパッ
タリング装置内に装着し、1×10-6Torrの真空度まで
排気した後、このガラス基板を200℃に保持する。A
r/O2 混合ガスを4×10-3Torrの圧力まで導入し、
−100Vから−400Vのいくつかのスパッタ電圧条
件でスパッタリングを行い、厚さ100nmのITO膜
を何種類か作製する。各々の膜のホール係数を測定し、
それからキャリア濃度を求める。このキャリア濃度とス
パッタ電圧との関係を図6に示す。この図から、ターゲ
ットの組成を変えなくてもスパッタ条件を変えるだけ
で、膜中のキャリア濃度をコントロールできることがわ
かる。
【0014】表面を光学研磨したコーニング#7059
ガラスを新たな基板として、DCスパッタリング装置内
に装着し、1×10-6Torrの真空度まで排気した後、こ
のガラス基板を200℃に保持する。Ar/O2混合ガ
スを4×10-3Torr の圧力まで導入し、−400Vの
スパッタ電圧でキャリア濃度1.8×1020cm-3 のITO
膜を80nmの厚さまで形成する。
ガラスを新たな基板として、DCスパッタリング装置内
に装着し、1×10-6Torrの真空度まで排気した後、こ
のガラス基板を200℃に保持する。Ar/O2混合ガ
スを4×10-3Torr の圧力まで導入し、−400Vの
スパッタ電圧でキャリア濃度1.8×1020cm-3 のITO
膜を80nmの厚さまで形成する。
【0015】引き続いて−100Vのスパッタ電圧でキ
ャリア濃度6.0×1020cm-3 のITO膜を10nmの
厚さまで形成する。
ャリア濃度6.0×1020cm-3 のITO膜を10nmの
厚さまで形成する。
【0016】引き続いて−400Vのスパッタ電圧でキ
ャリア濃度1.8×1020cm-3 のITO膜を10nmの
厚さまで形成する。
ャリア濃度1.8×1020cm-3 のITO膜を10nmの
厚さまで形成する。
【0017】以上の過程により図7に示すような透明導
電膜が形成された。
電膜が形成された。
【0018】この膜の表面で測定した比抵抗は0.95
×10-4Ωcmであった。
×10-4Ωcmであった。
【0019】〈実施例3〉表面を光学研磨したコーニン
グ#7059ガラスを基板として実施例1と同じイオン
ビームスパッタリング装置内に装着し、1×10-6Torr
の真空度まで排気する。この装置には実施例1と同様I
n2O3及びIn2O3−5wt%SnO2 焼結体がターゲ
ットとして装着されている。ガラス基板を200℃に保
持した後、Ar/O2混合ガスを2×10-4Torr の圧力
まで導入し、ビーム電圧1KV,ビーム電流80mAの
条件で、キャリア濃度2.3×1020cm-3 のIn2O3膜
を10nmの厚さまで形成する。
グ#7059ガラスを基板として実施例1と同じイオン
ビームスパッタリング装置内に装着し、1×10-6Torr
の真空度まで排気する。この装置には実施例1と同様I
n2O3及びIn2O3−5wt%SnO2 焼結体がターゲ
ットとして装着されている。ガラス基板を200℃に保
持した後、Ar/O2混合ガスを2×10-4Torr の圧力
まで導入し、ビーム電圧1KV,ビーム電流80mAの
条件で、キャリア濃度2.3×1020cm-3 のIn2O3膜
を10nmの厚さまで形成する。
【0020】引き続いて、ターゲットをIn2O3−5w
t%SnO2 焼結体にし、ビーム電圧1KV,ビーム電
流80mAの条件で、キャリア濃度1.2×1021cm-3
のITO膜を10nmの厚さまで形成する。
t%SnO2 焼結体にし、ビーム電圧1KV,ビーム電
流80mAの条件で、キャリア濃度1.2×1021cm-3
のITO膜を10nmの厚さまで形成する。
【0021】引き続いて、ターゲットを再びIn2O3焼
結体にし、上と同一条件で10nmの厚さのIn2O3膜
を形成する。以下、交互にITO膜とIn2O3膜とを各
々10nmの厚さで形成し、膜全体の厚さが100nm
となったところで膜形成を終了する。
結体にし、上と同一条件で10nmの厚さのIn2O3膜
を形成する。以下、交互にITO膜とIn2O3膜とを各
々10nmの厚さで形成し、膜全体の厚さが100nm
となったところで膜形成を終了する。
【0022】以上の過程により図8に示すような透明導
電膜が形成された。この膜の表面で測定した比抵抗は
0.73×10-4Ωcmであった。
電膜が形成された。この膜の表面で測定した比抵抗は
0.73×10-4Ωcmであった。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、高いキャリア密度を有
する層を10〜20nmの厚さで設けることにより、2
00℃以下で通常では十分な移動度を得られない条件下
にも、1×10-4Ωcmの比抵抗を示す導電性薄膜が得ら
れ、かつ、可視光域での透過率を損なわないことが分か
った。
する層を10〜20nmの厚さで設けることにより、2
00℃以下で通常では十分な移動度を得られない条件下
にも、1×10-4Ωcmの比抵抗を示す導電性薄膜が得ら
れ、かつ、可視光域での透過率を損なわないことが分か
った。
【図面の簡単な説明】
【図1】高いキャリア密度を有する層を膜の上部に設け
た場合の断面図。
た場合の断面図。
【図2】高いキャリア密度を有する層を膜の中間部に設
けた場合の断面図。
けた場合の断面図。
【図3】高いキャリア密度を有する層を多数設けた場合
の断面図。
の断面図。
【図4】実施例1による導電性薄膜の断面図。
【図5】実施例1による導電性薄膜の透過率の分光特性
図。
図。
【図6】DCスパッタ電圧とキャリア濃度の関係を示す
特性図。
特性図。
【図7】実施例2による導電性薄膜の断面図。
【図8】実施例3による導電性薄膜の断面図。
1…高いキャリア密度を有する層、2…低いキャリア密
度を有する層、3…導電性薄膜、4…基板。
度を有する層、3…導電性薄膜、4…基板。
Claims (7)
- 【請求項1】1種類以上のカチオン及び酸素から成り、
可視域の光に対し85%以上の透過率をもち、かつ、導
電性を有する薄膜において、キャリア濃度の異なる複数
の層からなることを特徴とする導電性薄膜。 - 【請求項2】1種類以上のカチオン及び酸素からなり、
可視域の光に対し85%以上の透過率をもち、かつ、異
なる原子価のカチオンが共存することによって、あるい
は酸素濃度が化学量論組成からずれることによって伝導
キャリアを生じる薄膜において、異なる原子価のカチオ
ンの共存の割合あるいは化学量論組成からの酸素濃度の
ずれの度合いが異なる複数の層からなることを特徴とす
る導電性薄膜。 - 【請求項3】請求項1または2において、伝導キャリア
の濃度の高い層と伝導キャリア濃度の低い層が交互に積
層することによって構成される導電性薄膜。 - 【請求項4】請求項1,2または3において、伝導キャ
リアの濃度の高い層の厚みが20nm以下である導電性
薄膜。 - 【請求項5】請求項1,2,3または4において、伝導
キャリアの濃度の高い層において、その伝導キャリアの
濃度が5×1020cm-3以上である導電性薄膜。 - 【請求項6】請求項1,2,3,4または5において、
加速された不活性ガスイオンを、導電性薄膜を構成する
元素と同一種類の元素から成るターゲットに衝突させ、
はじきだされた粒子を基板上に堆積することによって形
成する導電性薄膜。 - 【請求項7】請求項1,2,3,4,5または6に記載
の導電性薄膜を透明電極として用いた表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24761292A JPH06103817A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 導電性薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24761292A JPH06103817A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 導電性薄膜 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06103817A true JPH06103817A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17166100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24761292A Pending JPH06103817A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 導電性薄膜 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06103817A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006033268A1 (ja) * | 2004-09-24 | 2006-03-30 | Konica Minolta Holdings, Inc. | 透明導電膜 |
JP2010266571A (ja) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半透過性膜、表示デバイス、及びパターン基板の製造方法 |
JP2013517381A (ja) * | 2010-01-19 | 2013-05-16 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ | 透明で伝導性の金属合金酸化物を有する基板を真空被覆する方法並びに金属合金酸化物でできた透明で伝導性の層 |
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