JPH06191845A - Electrically conductive oxide - Google Patents

Electrically conductive oxide

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JPH06191845A
JPH06191845A JP34469392A JP34469392A JPH06191845A JP H06191845 A JPH06191845 A JP H06191845A JP 34469392 A JP34469392 A JP 34469392A JP 34469392 A JP34469392 A JP 34469392A JP H06191845 A JPH06191845 A JP H06191845A
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JP
Japan
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oxide
spinel
electrically conductive
conductive oxide
ito
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JP34469392A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Tanji
宏彰 丹治
Noriko Kurihara
紀子 栗原
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain an electrically conductive oxide having electric conductivity and transparency in a visible ray region by making a solid soln. having a spinel crystalline structure consisting of oxides consisting a specified mol ratio of MgO to In2O3 and a specified metal oxide. CONSTITUTION:This electrically conductive oxide is obtd. by producing such a solid soln. that has a spinel crystalline structure containing oxide (A) and oxide (B). The oxide (A) contains MgO and In2O3 by the mol ratio of (1+X): 1 (X is 0-0.1) and the oxide (B) is selected from ZrO2, HfO2, and GeO2. The electrically conductive oxide has higher electric conductivity than ITO (tin-doped In203) and almost equal or higher transparency in the visible ray region than ITO so that a transparent electrode having about 50OMEGA/cm<2> sheet resistance and >=90% transmittance in a visible ray region can be produced. This electrode can be used for a display of a large panel area requiring fine electode patterns.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気伝導性と可視領域
の透明性とを有し、ディスプレイや太陽電池等の透明電
極として用いられる電気伝導性酸化物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically conductive oxide having electrical conductivity and transparency in the visible region and used as a transparent electrode for displays, solar cells and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気伝導性を有し、かつ可視光線領域で
透明な、いわゆる透明導電性材料は、液晶ディスプレイ
(LCD)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ
(ELD)などの各種ディスプレイあるいは太陽電池の
透明電極として、さらには冷凍ショーケースの防曇ヒー
ター、建物及び自動車の窓ガラスの熱線反射膜、さらに
は透明物の帯電防止や電磁波遮蔽用のコーティング等と
して利用されている。
2. Description of the Related Art So-called transparent conductive materials, which are electrically conductive and transparent in the visible light region, are used as various displays such as liquid crystal displays (LCD) and electroluminescence displays (ELD), or as transparent electrodes for solar cells. Further, it is used as an anti-fog heater for freezing showcases, a heat ray reflection film for window glass of buildings and automobiles, and a coating for preventing static electricity and shielding electromagnetic waves of transparent materials.

【0003】この種の透明導電性材料としては、金属酸
化物半導体が一般に用いられ、酸化スズ(SnO2 )、
スズをドープした酸化インジウム(ITO)、CdSn
2 4 、ZnCd2 4 など種々提案されているが、こ
の中でも特にITOが広範に使われている。ITO膜は
比較的高い電気伝導度を有すると同時に、光学的吸収端
が350nm付近にあり、可視領域の最も短波長側の領
域を除くほぼ全域にわたって透明性がある。
A metal oxide semiconductor is generally used as a transparent conductive material of this type, and tin oxide (SnO 2 ),
Indium oxide (ITO) doped with tin, CdSn
Various proposals have been made for 2 O 4 , ZnCd 2 O 4, and among these, ITO is widely used. The ITO film has a relatively high electric conductivity, and at the same time, has an optical absorption edge in the vicinity of 350 nm and is transparent over almost the entire visible region except the region on the shortest wavelength side.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、液晶ディスプ
レイ(LCD)の大面積化と電極パターンの微細化が進
むのに伴い、より高い電気伝導性と透明性とが要求され
るようになり、ITOでは十分に対応できない用途が現
れつつある。そこでより高い電気伝導性と透明性を兼ね
備えた、ITOに替わる材料の出現が望まれている。こ
れに応える材料の一つとして、スピネル型の結晶構造を
有するMgIn2 4-x が提案された(平成4年春季
第39回応用物理学関係連合講演会 講演番号 30p
−C−1及び30p−C−2)。この材料の吸収端はI
TOよりも短波長の約300nm付近にあり、ITOよ
りも高い可視透明性が確認されている。一方、電気伝導
度は100 /Ω・cm台にとどまっているが、これはキ
ャリアである伝導電子の濃度が5×1017/cm3 と低
いことによるものであり、その改善が望まれていた。
However, as the area of a liquid crystal display (LCD) and the size of an electrode pattern are made finer, higher electrical conductivity and transparency are required. Then, there are emerging uses that cannot be adequately addressed. Therefore, the emergence of a material that has higher electrical conductivity and transparency and replaces ITO is desired. As one of the materials that responds to this, MgIn 2 O 4-x having a spinel type crystal structure was proposed (Spring 1992 ).
The 39th Joint Lecture on Applied Physics, Lecture number 30p
-C-1 and 30p-C-2). The absorption edge of this material is I
It is around 300 nm, which is a shorter wavelength than TO, and higher visible transparency than that of ITO is confirmed. On the other hand, the electric conductivity is in the range of 10 0 / Ω · cm, but this is because the concentration of conduction electrons as carriers is as low as 5 × 10 17 / cm 3, and improvement thereof is desired. It was

【0005】キャリア濃度を高める方法としては、酸
素欠損の導入、陽イオン置換の2つが考えられる。
の方法は試料を水素雰囲気中で高温熱処理する等により
行われるのが一般的である。ITOの例では、スパッタ
リング法により膜を形成した後、水素雰囲気中300℃
付近で熱処理する、あるいはスパッタリングを水素雰囲
気中で行う、等の方法がある。一方、の方法はMg2+
あるいはIn3+イオンよりも高次の酸化数、即ち3もし
くは4以上の酸化数をとり得る金属イオンにより、Mg
2+および/またはIn3+を置換するものである。
There are two possible methods for increasing the carrier concentration: introduction of oxygen vacancies and cation substitution.
The method is generally performed by subjecting the sample to a high temperature heat treatment in a hydrogen atmosphere. In the case of ITO, after forming a film by the sputtering method, the temperature is 300 ° C. in a hydrogen atmosphere.
There are methods such as heat treatment in the vicinity, or sputtering in a hydrogen atmosphere. On the other hand, the method of is Mg 2+
Alternatively, by using a metal ion that can have an oxidation number higher than that of In 3+ ions, that is, an oxidation number of 3 or 4 or more, Mg
It replaces 2+ and / or In 3+ .

【0006】このうち水素中での熱処理による酸素欠損
導入法には、製造工程が多くなる、制御すべき要因が増
え製造工程が複雑化する、爆発性の水素ガスを利用しな
けれればならない、等の欠点がある。一方、陽イオン置
換法は、添加陽イオン量によりキャリア濃度を制御でき
るので、電気伝導特性を安定化させる上で有利であり、
水素処理法のような工程上の欠点はない。しかし、添加
陽イオンはMgIn24 のスピネル型結晶格子の陽イ
オンサイトを置換可能で、その酸化物はスピネルに固溶
するものでなければならない。また、MgIn2 4
可視透明性を損なうものであってはならないことも当然
である。このような要求、すなわち可視透明性を保ちつ
つキャリア濃度を高め、電気伝導性の向上を実現できる
ような適当な陽イオンが求められていた。
Of these, the method of introducing oxygen vacancies by heat treatment in hydrogen requires the use of explosive hydrogen gas, which increases the number of manufacturing steps, increases the number of factors to be controlled, and complicates the manufacturing steps. There are drawbacks such as. On the other hand, the cation substitution method can control the carrier concentration by the amount of added cations, which is advantageous in stabilizing the electric conduction characteristics.
There are no process drawbacks like hydrotreating. However, the added cation must be capable of substituting the cation site of the MgIn 2 O 4 spinel type crystal lattice, and its oxide must be a solid solution in the spinel. Further, it is a matter of course that it should not impair the visible transparency of MgIn 2 O 4 . There has been a demand for such a cation, that is, an appropriate cation capable of increasing the carrier concentration while maintaining visible transparency and improving the electrical conductivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するべく、特にの陽イオン置換法におい
て、有効に作用する金属イオンを探索し、特にZr+4
Hf+4、Ge+4の3種類の陽イオンが電気伝導度の向上
に有効で、しかも可視透明性を低下させないことを見い
出し本発明に至った。
In order to solve such a problem, the present inventors searched for a metal ion that effectively acts in the cation substitution method, and in particular, Zr +4 ,
The present inventors have found that three kinds of cations, Hf +4 and Ge +4 , are effective in improving the electric conductivity and do not reduce the visible transparency, and have reached the present invention.

【0008】即ち、本発明は、酸化マグネシウムと酸化
インジウムとをモル比で(1+X):1の割合(但し、
Xは0以上0.1以下である)で含む酸化物(A)と、
酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム及び酸化ゲルマニウ
ムから選ばれる1種以上の酸化物(B)とを含む、スピ
ネル型結晶構造を有する固溶体であることを特徴とする
高い電気伝導度と可視域での透明性を有する電気伝導性
酸化物である。
That is, according to the present invention, the molar ratio of magnesium oxide and indium oxide is (1 + X): 1 (however,
X is 0 or more and 0.1 or less), and an oxide (A) containing
High electric conductivity and transparency in the visible region, which is characterized by being a solid solution having a spinel type crystal structure containing one or more oxides (B) selected from zirconium oxide, hafnium oxide and germanium oxide. It is an electrically conductive oxide.

【0009】本発明の電気伝導性酸化物を構成する固溶
体の母物質であるMgIn2 4 は、酸化マグネシウム
(MgO)と酸化インジウム(In2 3 )の複合酸化
物であって、スピネル構造として知られる結晶構造を有
する物質である。スピネル構造はよく知られた結晶構造
であって、たとえば「図解ファインセラミックスの結晶
化学」(F.S.ガラッソー著、加藤誠軌、植松敬三
訳、アグネ技術センター刊(1984))などに詳しく
説明されているように以下の構造をしている。すなわ
ち、スピネル構造をとる物質の化学式は一般にAB2
4 で表される(A、Bは2種類の陽イオンを表す)。ス
ピネルの単位格子は立方晶型で、1単位格子中に32個
の酸素イオンが含まれ、この酸素イオンは<111>方
向に最密充填している。酸素イオンが立方最密充填する
ことにより、1単位格子中には64個の四面体配位サイ
トと32個の八面体配位サイトができるが、このうち四
面体配位サイトの1/8と八面体配位サイトの1/2を
陽イオンが占め、ひとつの単位格子には8つのAB2
4 が含まれる。スピネル構造はさらに2種類に分けら
れ、Aイオンが四面体配位サイト、Bイオンが八面体配
位サイトを占める場合を正スピネル、Bイオンの半分が
四面体配位サイト、残り半分のBイオンとAイオンが八
面体配位サイトを占める場合を逆スピネルと呼ぶ。Mg
In2 4 は逆スピネルであり、In3+イオンの半分は
四面体配位、残り半分のIn3+とMg2+が八面体配位と
なっている。In3+はスピネル結晶格子の八面体配位サ
イトに配位することによる安定化エネルギーが非常に小
さく、八面体配位サイトに入りにくいイオンであること
がその原因である。
MgIn 2 O 4, which is the base material of the solid solution constituting the electrically conductive oxide of the present invention, is a composite oxide of magnesium oxide (MgO) and indium oxide (In 2 O 3 ) and has a spinel structure. Is a substance having a crystal structure known as. The spinel structure is a well-known crystal structure, and will be described in detail in, for example, “Crystal Chemistry of Illustrated Fine Ceramics” (FS Galassau, translated by Seiji Kato, Keizo Uematsu, published by Agne Technical Center (1984)). It has the following structure as described. That is, the chemical formula of a substance having a spinel structure is generally AB 2 O.
It is represented by 4 (A and B represent two kinds of cations). The unit cell of spinel is a cubic type, and 32 oxygen ions are contained in one unit cell, and the oxygen ions are closest packed in the <111> direction. The cubic closest packing of oxygen ions creates 64 tetrahedral coordination sites and 32 octahedral coordination sites in one unit lattice, of which 1/8 of the tetrahedral coordination sites One half of the octahedral coordination site is occupied by cations, and one unit cell has eight AB 2 O.
Includes 4 . The spinel structure is further divided into two types. A ion occupies the tetrahedral coordination site, and B ion occupies the octahedral coordination site. A positive spinel, half of the B ion is the tetrahedral coordination site, and the other half is the B ion. And the case where A ion occupies the octahedral coordination site is called reverse spinel. Mg
In 2 O 4 is an inverse spinel, and half of In 3+ ions are tetrahedrally coordinated and the other half, In 3+ and Mg 2+, are octahedrally coordinated. The reason for this is that In 3+ is an ion that has a very small stabilization energy by coordinating to the octahedral coordination site of the spinel crystal lattice, and is an ion that does not easily enter the octahedral coordination site.

【0010】MgIn2 4 スピネルの合成には、通常
の酸化物セラミックスの合成法の多くが利用できる。出
発原料としてはMgOやIn2 3 等の酸化物、あるい
は高温で酸化物に変化するMgCO3 等の炭酸塩やIn
(OH)3 等の水酸化物などの各種塩類等が例としてあ
げられる。これらの出発原料を所定の配合比で混合し、
空気中で加熱処理すれば良い。加熱処理の温度と保持時
間は、原料の粒度、仮焼の有無等により変化し、一義的
には定められないので、一例のみあげておく。平均粒径
1μm以下の塩基性炭酸マグネシウム粉末と平均粒径1
μmの酸化インジウム粉末を原料とし、これを乳鉢で1
時間混合した混合粉末を、空気中900℃で5時間仮焼
後、乳鉢で解砕し、さらに圧力60MPaで金型成型し
たものの場合であれば、1400℃で2時間の加熱で反
応は十分に進み、スピネル単一相となる。その他の原料
を用いる場合も、通常の手法により実験的に最適の熱処
理条件を求めれば良い。
For the synthesis of MgIn 2 O 4 spinel, many ordinary synthesis methods of oxide ceramics can be used. As a starting material, oxides such as MgO and In 2 O 3 , carbonates such as MgCO 3 and In that change into oxides at high temperatures, and In
Examples include various salts such as hydroxides such as (OH) 3 . These starting materials are mixed in a predetermined mixing ratio,
It may be heat-treated in the air. Since the temperature and the holding time of the heat treatment change depending on the particle size of the raw material, the presence or absence of calcination, etc. and cannot be uniquely determined, only one example is given. Basic magnesium carbonate powder having an average particle size of 1 μm or less and an average particle size of 1
1 μm of indium oxide powder was used as the raw material in a mortar.
If the mixed powder that has been mixed for a period of time is calcinated in air at 900 ° C for 5 hours, then crushed in a mortar and further mold-molded at a pressure of 60 MPa, the reaction is sufficiently performed by heating at 1400 ° C for 2 hours. It progresses and becomes a spinel single phase. When using other raw materials, the optimum heat treatment conditions may be experimentally obtained by a usual method.

【0011】スピネル単相を得る上で、酸化マグネシウ
ム/酸化インジウムのモル比は重要である。本発明者ら
の研究の結果では、MgIn2 4 スピネルに対してI
23 はほとんど固溶せず、化学量論組成に対してI
2 3 の過剰量がわずか1%であっても、MgIn2
4 スピネルとIn2 3 の混合物が生成する。一方M
gOはスピネルに対して10モル%まで固溶することが
見いだされた。Mg2+はスピネル構造において、四面体
配位サイトと八面体配位サイトの両方に入ることができ
るので、逆スピネル構造のMgIn2 4 において、過
剰なMg2+が四面体配位サイトに入ることで、構造を安
定化しているものと思われる。本発明において、酸化マ
グネシウムと酸化インジウムとを含む酸化物(A)にお
いて、前者:後者のモル比を(1+X):1(X=0〜
0.1)に限定したのはこのためである。
The magnesium oxide / indium oxide molar ratio is important in obtaining the spinel single phase. The results of the present inventors' studies show that for MgIn 2 O 4 spinel, I
n 2 O 3 hardly dissolves in solid solution, and I
Even if the excess amount of n 2 O 3 is only 1%, MgIn 2
A mixture of O 4 spinel and In 2 O 3 is formed. Meanwhile, M
It has been found that gO forms a solid solution with spinel up to 10 mol%. Since Mg 2+ can enter both the tetrahedral coordination site and the octahedral coordination site in the spinel structure, excess Mg 2+ becomes the tetrahedral coordination site in the reverse spinel structure MgIn 2 O 4 . By entering, it seems that the structure is stabilized. In the present invention, in the oxide (A) containing magnesium oxide and indium oxide, the molar ratio of the former to the latter is (1 + X): 1 (X = 0 to 0).
This is the reason why it is limited to 0.1).

【0012】この母スピネルと固溶体を形成し、キャリ
ア電子の生成に有効で、しかも可視透明性を損なわない
酸化物(B)は、ZrO2 、HfO2 、GeO2 の3種
類の少なくとも1種に限定される。
The oxide (B) which forms a solid solution with the mother spinel and is effective for the generation of carrier electrons and does not impair the visible transparency is at least one of ZrO 2 , HfO 2 and GeO 2. Limited.

【0013】固溶体の生成に着目すると、スピネルの結
晶格子の四面体配位もしくは八面体配位の2つのサイト
のいずれかを置換可能な陽イオンは、イオン半径が約
0.5〜1.0オングストロームの範囲にあるものにな
ると予想される。さらにキャリア注入のためには、4価
以上の酸化数の陽イオンでなければならない。選択的に
Mg2+を3価の陽イオンで置換できれば、キャリアが注
入されるが、本発明者らが検討した結果では、Gaなど
+3価のイオンによる置換はMg2+ではなくIn3+を置
換する形で進み、その結果、電気伝導性の向上には効果
がないことがわかった。すなわちキャリア注入には+4
価以上の酸化数をもつ陽イオンが必要である。この条件
と、前述のイオン半径の条件とを同時に満足する陽イオ
ンは多数考えられるが、この中でMgIn2 4 の可視
透明性を損なわず、しかもキャリア注入に有効で、電気
伝導度を高める効果を有するのはZr+4、Hf+4、Ge
+4の3種のみである。これ以外ではわずかにNb+5、T
+5、Sn+4のみが可視透明性のスピネルを生成した
が、キャリア濃度はむしろ低下し、電気伝導度を高める
には有害であることがわかった。Zr+4、Hf+4、Ge
+4とNb+5、Ta+5、Sn+4とでこのようにキャリア生
成挙動が全く異なった原因については、まだ明かにでき
ていないが、キャリア濃度を低下させる後者は、いずれ
もより低次の、Nb+4、Ta+4、Sn+2等の酸化状態を
取り得るのに対し、前者はすべて+4価のみが安定であ
ることから、後者のイオンはスピネルの結晶格子中にお
いて電子を捕捉し、より低次の酸化状態になっているの
ではないかと推定される。すなわち、Nb+5、Ta+5
Sn+4はキャリアのトラップとして作用している可能性
が考えられる。
Focusing on the formation of a solid solution, a cation capable of substituting either tetrahedral coordination or octahedral coordination of the spinel crystal lattice has an ionic radius of about 0.5 to 1.0. Expected to be in the Angstrom range. Further, for carrier injection, cations having an oxidation number of 4 or more must be used. If substituted selectively Mg 2+ trivalent cations, career is injected, the result of the present inventors have studied the substitution of trivalent ions such as Ga is Mg 2+ rather In 3+ It was found that there was no effect on the improvement of electric conductivity as a result. That is +4 for carrier injection
A cation having an oxidation number higher than the valence is required. Many cations that simultaneously satisfy this condition and the above-described ionic radius condition are conceivable. Among them, the visible transparency of MgIn 2 O 4 is not impaired, and it is effective for carrier injection and enhances the electrical conductivity. Zr +4 , Hf +4 , Ge having effect
There are only 3 types of +4 . Other than this, slightly Nb +5 , T
It was found that only a +5 and Sn +4 produced a visible transparent spinel, but the carrier concentration was rather lowered, which was harmful for increasing the electric conductivity. Zr +4 , Hf +4 , Ge
The reason why carrier generation behavior is completely different between +4 and Nb +5 , Ta +5 , and Sn +4 has not been clarified yet, but the latter that lowers carrier concentration is The following ions can take the oxidation states of Nb +4 , Ta +4 , Sn +2, etc., while the former ion is stable only at +4 valence, so the latter ion has an electron in the spinel crystal lattice. It is presumed that it has been captured and is in a lower oxidation state. That is, Nb +5 , Ta +5 ,
It is possible that Sn +4 acts as a carrier trap.

【0014】実用的に好ましい導電性と透明性とを両立
させるためには、ZrO2 、HfO2 、GeO2 から選
ばれる酸化物(B)の含量は1〜20モル%の範囲が好
ましい。1モル%未満では電気伝導度の改善につながり
にくい。また20モル%を越えると、キャリア濃度が1
21/cm3 台に達し伝導電子のプラズマ共鳴が可視光
領域で起きるためと思われるが、透明性が失われやすい
他、移動度が減少して電気伝導度もあまり上昇しなくな
ることがあるからである。酸化物(B)の含量は5〜1
0モル%であるのが特に好ましい。なお、Zr+4、Hf
+4、Ge+4の添加によってもスピネル固溶体の光学的吸
収端はMgIn2 4 の場合と殆んど変化せず、約30
0nmにある。
In order to achieve both practically preferable conductivity and transparency, the content of the oxide (B) selected from ZrO 2 , HfO 2 and GeO 2 is preferably in the range of 1 to 20 mol%. If it is less than 1 mol%, it is difficult to improve the electric conductivity. When it exceeds 20 mol%, the carrier concentration becomes 1
It is thought that plasma resonance of conduction electrons occurs in the visible light region, reaching the level of 0 21 / cm 3, but transparency is likely to be lost, and mobility may decrease and electrical conductivity may not increase so much. Because. The content of oxide (B) is 5 to 1
It is particularly preferably 0 mol%. Zr +4 , Hf
The optical absorption edge of the spinel solid solution was almost unchanged from the case of MgIn 2 O 4 even by the addition of +4 and Ge +4.
It is at 0 nm.

【0015】本発明のスピネル固溶体の出発原料には、
予め合成されたMg1+x In2 4+ x と、ZrO2 、H
fO2 、GeO2 もしくは空気中高温でこれら酸化物に
変化する炭酸塩など各種塩とを、所定の配合比で混合し
たもの、あるいはMg、In、およびZr、Hf、Ge
のそれぞれの酸化物もしくは塩を所定の配合比で混合し
たものを用いればよい。これらを空気中で加熱して、固
相反応によりスピネル固溶体とすることができる。処理
温度は1200℃以上1600℃以下が好ましい。12
00℃未満では反応速度が遅く、また1600℃を越え
るとスピネルからのIn分が蒸発し始めるからである。
Starting materials for the spinel solid solution of the present invention include:
Pre-synthesized Mg 1 + x In 2 O 4+ x , ZrO 2 and H
fO 2 , GeO 2 or a mixture of various salts such as carbonates which change into these oxides at high temperature in air at a predetermined mixing ratio, or Mg, In, and Zr, Hf, Ge
It is sufficient to use a mixture of the respective oxides or salts described above in a predetermined mixing ratio. These can be heated in air to form a spinel solid solution by a solid phase reaction. The treatment temperature is preferably 1200 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. 12
This is because the reaction rate is slow below 00 ° C, and the In content from the spinel begins to evaporate above 1600 ° C.

【0016】次に、本発明のスピネル固溶体を膜として
実用に供する方法としては、ITO膜などで採用されて
いる方法が利用できる。たとえばスパッタリング法によ
ってスピネル固溶体の膜を形成するには、(i)上記の
方法で合成したスピネル固溶体の焼結体もしくはその粉
末の成型体からなるターゲットを用いる、(ii)Mg
O、In2 3 、MO2 (M=Zr、Hf、Ge)のそ
れぞれのターゲットを用いる、あるいは(iii)各金属も
しくはその合金ターゲットを使って酸素プラズマ等を併
用する、等が可能である。また熱分解によりこれら金属
の酸化物を生成する化合物を使って、スプレー法やゾル
ーゲル法でコーティングし加熱することで複合酸化物化
してスピネル固溶体膜とすることも可能である。このよ
うに固溶体膜をガラス等の透明基板上に成膜して透明電
極を形成できる。
Next, as a method for practically using the spinel solid solution of the present invention as a film, a method adopted for an ITO film or the like can be used. For example, in order to form a spinel solid solution film by a sputtering method, (i) a target composed of a sintered body of the spinel solid solution synthesized by the above method or a powder compact thereof is used, (ii) Mg
It is possible to use each target of O, In 2 O 3 , and MO 2 (M = Zr, Hf, Ge), or (iii) to use oxygen plasma or the like together with each metal or its alloy target. . It is also possible to form a spinel solid solution film by forming a complex oxide by coating with a spray method or a sol-gel method using a compound that produces an oxide of these metals by thermal decomposition and heating. In this way, a solid solution film can be formed on a transparent substrate such as glass to form a transparent electrode.

【0017】[0017]

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。実施例1〜3、比較例1〜17 平均粒径1μm、純度4Nの酸化インジウム粉末と、特
級試薬グレードの塩基性炭酸マグネシウム粉末をモル比
で、In/Mg=2となるよう混合し、アルミナるつぼ
に入れ、大気中、900℃で5時間加熱して仮焼した
後、粉砕して得た粉末を出発原料とした。この粉末はX
線回折による分析結果では、MgIn2 4 スピネルに
非常に近い成分と少量のIn2 3 との混合物であっ
た。またこの粉末を、空気中で1400℃2時間加熱し
たものは、MgIn2 4 に対応するX線回折線のみを
示し、化学量論組成のスピネルに対応する仮焼粉原料で
あることが確認された。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples. Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 17 Indium oxide powder having an average particle size of 1 μm and a purity of 4N and basic reagent grade basic magnesium carbonate powder were mixed at a molar ratio of In / Mg = 2, and alumina was mixed. The powder was placed in a crucible, heated in the air at 900 ° C. for 5 hours to be calcined, and then pulverized to obtain a starting material. This powder is X
As a result of analysis by line diffraction, it was a mixture of a component very close to MgIn 2 O 4 spinel and a small amount of In 2 O 3 . It was confirmed that the powder obtained by heating this powder in air at 1400 ° C for 2 hours showed only X-ray diffraction lines corresponding to MgIn 2 O 4 and was a calcined powder raw material corresponding to the spinel of stoichiometric composition. Was done.

【0018】この仮焼粉に表1に示した酸化物をその構
成金属Mの添加量がモル比で、M/Mg=5/95にな
るように加え、乳鉢で1時間乾式粉砕混合した後、約7
0MPaの圧力で直径20mm、厚さ約2mmの円板に
金型成型し、これを空気中1400℃で2時間焼結して
焼結体を得た。また比較のため、MgIn2 4 のみを
同一の条件で処理した焼結体も作製した(比較例1)。
冷却、回収した焼結体の相対密度は80〜85%の間に
あった。この試料をダイヤモンド研削し、直径15m
m、厚さ0.6mmの円板試料に加工した。これらの試
料について色調を調べた結果を表1に示すが、緻密な膜
としたときに透明性が期待できるのは白ないしは白緑色
の試料であり、これに該当したのは無添加の試料の他に
はZrO2、HfO2 、GeO2 、Nb2 5 、Ta2
5 、SnO2 の6種類のみであった。そこでこれら6
種の試料について、van der Pauw法により
電気伝導度、キャリア濃度を求め、またHall測定か
らキャリアの種類を決定するとともに各試料のキャリア
濃度を求めた。6試料ともキャリアは電子であることが
確認され、またその電気伝導特性にかかわる諸パラメー
ターは表2のようであった。MgIn2 4 単相の試料
(比較例1)を基準にして比較すると、実施例1〜3の
ZrO2 、HfO2 、GeO2 を添加した試料では、キ
ャリア移動度には変化はないが、キャリア濃度の増大と
これを反映した電気伝導度の増大が認められ、比較例1
の電気伝導度が100Ω-1cm-1に達しなかったのに対
し、いずれも100Ω-1cm-1を大きく越える電気伝導
度を示した。一方比較例2〜4のNb2 5 、Ta2
5 、SnO2 を添加した試料では電気伝導度はいずれも
比較例1をさらに下回り、SnO2 は約半分、Nb2
5 、Ta2 5 では2桁以上低い値となった。なお、X
線回折では、全ての試料でスピネルの回折線のみが検出
され、添加した酸化物がスピネル中に固溶していること
が確認された。
After adding the oxides shown in Table 1 to the calcined powder so that the amount of the constituent metal M added was M / Mg = 5/95 in a molar ratio, and dry pulverizing and mixing in a mortar for 1 hour. , About 7
A disc having a diameter of 20 mm and a thickness of about 2 mm was die-molded at a pressure of 0 MPa, and this was sintered in air at 1400 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body. For comparison, a sintered body was also prepared in which only MgIn 2 O 4 was treated under the same conditions (Comparative Example 1).
The relative density of the cooled and recovered sintered body was between 80 and 85%. This sample was diamond ground to a diameter of 15 m
It processed into the disk sample of m and thickness 0.6mm. The results of examining the color tone of these samples are shown in Table 1. It is the white or white-green sample that can be expected to have transparency when a dense film is formed. Besides, ZrO 2 , HfO 2 , GeO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2
There were only 6 types, O 5 and SnO 2 . So these 6
The electrical conductivity and the carrier concentration of each sample were determined by the van der Pauw method, and the carrier type was determined from the Hall measurement, and the carrier concentration of each sample was determined. It was confirmed that the carriers were electrons in all of the six samples, and various parameters relating to the electric conduction characteristics were as shown in Table 2. Comparing the MgIn 2 O 4 single-phase sample (Comparative Example 1) as a reference, in the samples to which ZrO 2 , HfO 2 , and GeO 2 of Examples 1 to 3 are added, the carrier mobility does not change, An increase in carrier concentration and an increase in electric conductivity reflecting this increase were observed, and Comparative Example 1
While the electric conductivity of the above did not reach 100 Ω −1 cm −1 , the electric conductivity of all of them showed significantly higher than 100 Ω −1 cm −1 . On the other hand, Nb 2 O 5 and Ta 2 O of Comparative Examples 2 to 4
5, in the sample of SnO 2 added either electric conductivity further lower than the Comparative Example 1, SnO 2 is about half, Nb 2 O
5 and Ta 2 O 5 were lower than two digits. Note that X
In the line diffraction, only the diffraction line of spinel was detected in all the samples, and it was confirmed that the added oxide was in solid solution in the spinel.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】実施例4〜12 実施例1〜3と同じ方法で、MgIn2 4 スピネルに
対する酸化物の添加量のみを変えた試料を作製し、色調
と電気伝導度を調べた。結果を表3に示す。表3によれ
ば1〜20モル%の添加量の範囲で、添加量とともに電
気伝導度も高くなることが認められた。
Examples 4 to 12 By the same method as in Examples 1 to 3, samples were prepared in which only the amount of oxide added to MgIn 2 O 4 spinel was changed, and the color tone and electric conductivity were examined. The results are shown in Table 3. According to Table 3, it was confirmed that the electric conductivity increased with the addition amount in the addition amount range of 1 to 20 mol%.

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】実施例13〜15、比較例18 仮焼後の粉末の成型金型を内径60mmと大型にし、金
型成型後、さらに200MPaの静水圧でCIP成型し
た以外は、実施例1〜3と同じ条件で、直径50mmの
焼結体のスパッタリングターゲットをそれぞれのスピネ
ル固溶体について作製した。このターゲットを用いて、
DCマグネトロンスパッタリング法により、ガラス基板
に約1000オングストロームの厚さの膜を形成し、透
明電極を作製した。スパッタリング条件は、スパッタガ
ス圧0.4MPa、基板温度200℃とした。比較のた
めITOターゲットを用い、同じ厚さのITO膜を形成
した試料も作製した。それぞれの試料について、可視光
の透過率とシート抵抗を測定した。結果を表4に示す。
なお表中、可視光透過率は波長500nmにおける透過
率により代表させてある。いずれの試料においても、I
TOと同等以上の可視透過率と、ITOを大きく下回る
表面抵抗しかなく、ITOを越える電気伝導性を有する
透明膜が形成されていた。薄膜X線回折の結果では、実
施例の膜はいずれも結晶質で、MgIn2 4 スピネル
に近い回折パターンを示し、スピネル固溶体の膜が生成
したことを裏付けていた。
Examples 13 to 15 and Comparative Example 18 Examples 1 to 3 were carried out except that the calcination powder molding die had a large inner diameter of 60 mm, and after the die molding, CIP molding was further carried out at a hydrostatic pressure of 200 MPa. Under the same conditions as above, a sputtering target of a sintered body having a diameter of 50 mm was prepared for each spinel solid solution. With this target,
A film having a thickness of about 1000 Å was formed on a glass substrate by a DC magnetron sputtering method to prepare a transparent electrode. The sputtering conditions were a sputtering gas pressure of 0.4 MPa and a substrate temperature of 200 ° C. For comparison, an ITO target was used to prepare a sample having an ITO film of the same thickness. The visible light transmittance and the sheet resistance of each sample were measured. The results are shown in Table 4.
In the table, the visible light transmittance is represented by the transmittance at a wavelength of 500 nm. In each sample, I
A transparent film having a visible transmittance equal to or higher than that of TO and a surface resistance much lower than that of ITO and having electrical conductivity exceeding that of ITO was formed. From the results of thin film X-ray diffraction, all the films of the examples were crystalline and showed a diffraction pattern close to that of MgIn 2 O 4 spinel, which confirmed that a film of spinel solid solution was formed.

【0024】[0024]

【表4】 [Table 4]

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の電気伝導性酸化物はITOを越
える電気伝導性と、ITOと同等以上の可視透明性とを
有する。このため例えば約50Ω/cm2 という低いシ
ート抵抗値と、可視域で90%以上の透過率を有する透
明電極の作製が可能になり、大型のパネル面積を有し、
しかも微細な電極パターンを必要とする、ディスプレイ
等への応用が可能になる。
EFFECT OF THE INVENTION The electrically conductive oxide of the present invention has electrical conductivity exceeding ITO and visible transparency equal to or higher than that of ITO. Therefore, for example, it is possible to manufacture a transparent electrode having a low sheet resistance value of about 50 Ω / cm 2 and a transmittance of 90% or more in the visible region, and having a large panel area,
In addition, it can be applied to displays and the like that require fine electrode patterns.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化マグネシウムと酸化インジウムとを
モル比で(1+X):1の割合(但し、Xは0以上0.
1以下である)で含む酸化物(A)と、酸化ジルコニウ
ム、酸化ハフニウム及び酸化ゲルマニウムから選ばれる
1種以上の酸化物(B)とを含む、スピネル型結晶構造
を有する固溶体であることを特徴とする電気伝導性酸化
物。
1. A molar ratio of magnesium oxide to indium oxide of (1 + X): 1 (where X is 0 or more and 0.
A solid solution having a spinel type crystal structure, containing an oxide (A) containing 1 or less) and one or more oxides (B) selected from zirconium oxide, hafnium oxide and germanium oxide. And an electrically conductive oxide.
【請求項2】 酸化物(B)の含量が全酸化物に対して
1〜20モル%である、請求項1記載の電気伝導性酸化
物。
2. The electrically conductive oxide according to claim 1, wherein the content of the oxide (B) is 1 to 20 mol% based on all oxides.
【請求項3】 成膜材料として請求項1又は2記載の電
気伝導性酸化物を用い、これを透明基板上に成膜してな
ることを特徴とする透明電極。
3. A transparent electrode, characterized in that the electrically conductive oxide according to claim 1 or 2 is used as a film forming material and is formed on a transparent substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07291627A (en) * 1994-02-22 1995-11-07 Ohara Inc Thermo-electric semiconductor material
JP2003517183A (en) * 1999-12-17 2003-05-20 インスティチュート オブ マテリアルズ リサーチ アンド エンジニアリング Transparent electrode material improved to improve the quality of OLED devices
JP2011001208A (en) * 2009-06-16 2011-01-06 Univ Of Electro-Communications METHOD OF PRODUCING MgIn2O4, AND MgIn2O4 MATERIAL

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