JPH09259640A

JPH09259640A - 透明導電膜

Info

Publication number: JPH09259640A
Application number: JP9596096A
Authority: JP
Inventors: Uchitsugu Minami; 内嗣南; Shinzo Takada; 新三高田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ＧａＩｎＯ₃やＩｎ₂Ｏ₃より一段と高い導電
性、即ち、より低い抵抗率と優れた光学的特性を有する
透明導電膜を提供する。【解決手段】Ｇａ₂Ｏ₃−Ｉｎ₂Ｏ₃なる擬２元系組成にお
いて、Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示されるＧａ量を１５〜
４９、好ましくは２０〜４５原子％の範囲にある組成の
混合粉末、もしくは必要に応じて焼成、あるいは必要に
応じて成型・焼結したものをタ−ゲットに用い、例え
ば、スパッタ法により、基体としてガラスのようなセラ
ミック質基板あるいはプラスチックのような有機質基板
上にＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示されるＧａ量が１５〜４
９原子％、好ましくは２０〜４５原子％含有した酸化物
膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透明タッチスイッチを製
造するために使用される透明導電膜及びそれを製造する
ために使用される焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種ディスプレイ装置や薄膜太陽電池の
透明電極、あるいは将来莫大な需要が見込まれる紫外線
遮断・赤外線反射特性に優れた省エネルギー建築用窓硝
子コーティング材として、可視光透過率が高く、低抵抗
な特性を有する透明導電膜が欠かせない。現在最も広く
利用されている透明導電膜としては、金属酸化物薄膜が
主であり、高い化学的安定性を有する酸化錫ＳｎＯ₂系
（Ｆまたはアンチモン（Ｓｂ）を添加したものが主とし
て利用されている。）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、
優れた電気的・光学的特性を有する錫添加酸化インジウ
ム［Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂−以下ＩＴＯという］、さらに
最近では、申請者らが開発した低コストで資源的にも全
く問題がなく、ＩＴＯに匹敵する優れた電気的・光学的
特性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）系が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の透明導電膜では、最近高まりつつある用途の多様化に
対応しきれなくなっている。例えば、透明タッチスイッ
チの用途では、必ずしも低抵抗率を必要としないが、む
しろ大面積にわたって均一で高い光透過率、さらには任
意の光屈折率を有する透明導電膜が求められている。さ
らに膜の性能を低下させることなく酸・アルカリ等に対
する薬品耐性を自由に制御できる透明導電膜の提供が要
望されているが、従来の透明導電膜ではもはや対応でき
なくなっている。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】Ｇａ₂Ｏ₃−Ｉｎ₂Ｏ₃で
示される擬２元系において、Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示
されるＧａ量が１５〜４９原子％、好ましくは２０〜４
５原子％含有する酸化物膜を形成して成ることを特徴と
する透明導電膜を提供する。Ｇａ量が１５％以下では本
発明の特徴が発揮出来ない。また、４９．１％以上の範
囲には従来知られているＧａＩｎＯ₃を含んでいる。本
発明になる組成域は従来知られているＧａＩｎＯ₃とは
かなり異なる組成範囲を含んでおり、ＧａＩｎＯ₃組成
や特性からは予測できない。本発明によって、ＧａＩｎ
Ｏ₃やＩｎ₂Ｏ₃より一段と高い導電性、即ち、より低い
抵抗率と優れた光学的特性を有する透明導電膜を提供で
きる。さらに本発明では、高温酸化性囲気中での安定性
や、適度な耐薬品性を実現できることにより前記問題点
を解決できる新しい透明導電膜、及び該膜を製造するた
めに使用されるタ−ゲット材を提供することを目的とし
ている。

【０００５】具体的には、Ｇａ₂Ｏ₃−Ｉｎ₂Ｏ₃なる擬２
元系組成において、Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示されるＧ
ａ量を１５〜４９、好ましくは２０〜４５原子％の範囲
にある組成の混合粉末、もしくは必要に応じて焼成、あ
るいは必要に応じて成型・焼結したものをタ−ゲットに
用い、例えば、スパッタ法により、基体としてガラスの
ようなセラミック質基板あるいはプラスチックのような
有機質基板上にＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示されるＧａ量
が１５〜４９原子％、好ましくは２０〜４５原子％含有
した酸化物膜を形成することによって本発明の目的を達
成することができる。

【０００６】本発明になる該透明導電膜の製造法として
は、上記した方法のみならず真空蒸着法、化学気相結晶
成長（ＣＶＤ）法、ゾルーゲル法、分子線エピタキシャ
ル成長法等公知の任意の薄膜作製法が利用できる。

【０００７】

【作用】本発明の目的に適う上記組成範囲内の薄膜
を該基体上に前述したような公知の薄膜作製法により形
成する際、酸素空孔や格子間原子等の真性格子欠陥によ
る内因性ドナ−やIII族元素の一部がIV族元素で置換、
及びVI族元素の一部がVII族元素で置換する外因性ドナ
−の導入によるキャリアの生成が可能である。本発明に
なる薄膜は、非晶質、もしくはＧａＩｎＯ₃、ＧａＩｎ
Ｏ₃とＩｎ₂Ｏ₃、ＧａＩｎＯ₃とＧａ₂Ｏ₃等の混相から成
る微結晶質であり上述のメカニズムによる高いキャリア
生成を可能とし、その結果、ＧａＩｎＯ₃やＩｎ₂Ｏ₃に
は見られない低い抵抗率を達成できた。加えて該透明導
電膜の光屈折率は組成を変えることにより約１．８から
従来の透明導電膜の２．１まで変えることが出来るとい
う特徴を有する。該膜と、２．０または２．０以上の光
屈折率の薄膜もしくは透明導電膜と組み合わせて使用す
ることにより高い導電性を有する無反射コ−ティング
膜、干渉フィルタあるいは反射器（ブラックリフレク
タ）、窓用装飾コ−ティング膜等に応用することができ
る［特許申請中；特願平７−９４５５５］。該膜は不純
物無添加の膜であるにも拘らず高いキャリア密度が容易
に得られ、しかも光学的特性に優れた該膜を実現できる
という作用効果を生み出す。また、組成を変えることに
より適度な薬品耐性を持たせられるという特徴を有す
る。その結果多様化するニ−ズに十分対応できる。

【０００８】

【実施例１】Ｇａ₂Ｏ₃、及びＩｎ₂Ｏ₃の各粉末をそれ
ぞれ３３．０、６７モル％のモル分率で均一に混合した
後アルゴン中１０００℃で５時間焼成した焼成粉を直径
８０ｍｍのステンレス製皿に詰めスパッタリングターゲ
ットとした。スパッタガスには純アルゴンガスを用い
た。スパッタガス圧を０．２Ｐａに設定し、ターゲット
面に対し平行に保持された室温〜３５０℃のガラス基板
上に高周波投入電力４０Ｗで、スパッタ成膜を行なっ
た。図１に、基板温度２００℃で作製した該Ｇａ₂Ｏ₃−
Ｉｎ₂Ｏ₃薄膜における典型的な電気的特性のＧａ／（Ｇ
ａ＋Ｉｎ）組成依存性を示す。作製した膜をｘ線回折に
より分析した結果、Ｇａが４５原子％〜４９原子％の範
囲で作製した膜においてＧａＩｎＯ₃相が検出できた。
この膜の平均厚さは４２０ｎｍにあり、室温から３５０
℃の基板温度で得られた膜の抵抗率は５．０×１０^-4Ω
ｃｍ、移動度は約２０ｃｍ／Ｖ・ｓｅｃ、キャリア濃度
は４〜５×１０²⁰ｃｍ^-3の範囲であった。また、作製し
た膜の平均可視光透過率は８０％であった。尚、スパッ
タ時に酸素を導入して成膜した結果、平均可視光透過率
は８５％に上昇した。しかし、酸素を入れ過ぎると膜の
抵抗率はかえって高くなった。さらにＧａ₂Ｏ₃−Ｉｎ₂
Ｏ₃のＧａをＹで５原子％置き換えた該膜を作製した結
果、抵抗率は３．９×１０^-4Ωｃｍまで低下した。また
基板を垂直に保持して成膜した場合でも、上記とほぼ同
様の結果が得られた。一方、基板温度３５０℃で作製し
た場合では、電気的特性を損なうことなく該透過率は８
７％になった。

【０００９】

【実施例２】実施例１において使用したタ−ゲットに
IV族元素としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒを
最大１０原子％添加した膜をそれぞれ作製した結果、い
ずれの膜も添加前に比べ平均可視光透過率が低下するこ
となく抵抗率を２０％以上低くすることができた。ま
た、作製したIV族元素添加該酸化物膜の平均可視光透過
率は８０％以上であった。また、膜作製時に酸素を分圧
で加えたところ該透過率は８５％になったが、抵抗率は
高くなる傾向を示した。尚、基板を垂直に保持して成膜
した場合でも、上記とほぼ同様の結果が得られた。一
方、基板温度３５０℃で作製した場合では、電気的特性
を損なうことなく透過率を８５％まで改善することがで
きた。

【００１０】

【実施例３】実施例１と同じ条件に加え、VII族元素
を含むド−パントとしてＣＦ₄ガスをスパッタ装置内に
分圧１×１０^-2Ｐａまで導入し、成膜を行なった。作製
した膜の平均厚さは３８０ｎｍであり、室温で作製した
膜では抵抗率を１５％以上低くすることができた。ま
た、作製したフッ素添加該酸化物膜の平均可視光透過率
は８０％以上であった。尚、基板を垂直に保持して成膜
した場合でも、上記とほぼ同様の結果が得られた。一
方、基板温度３５０℃で作製した場合では、電気的特性
を損なうことなく透過率を８５％まで改善することがで
きた。

【００１１】

【実施例４】実施例１、２あるいは３の膜作製におい
て、Ｇａ₂Ｏ₃粉末およびＩｎ₂Ｏ₃粉末あるいはそれらに
加え添加物として導入するド−パント材料粉末を１−１
０原子％の範囲で添加、均一に混合後、直径８０ｍｍに
成型した後焼結した焼結体タ−ゲットを使用した。いず
れの場合においても焼成粉末タ−ゲットを用いて作製し
た透明導電膜の電気的・光学的特性とほぼ同様の結果が
得られた。また、同様の結果は焼結体タ−ゲットを用い
た直流マグネトロンスパッタ法によっても実現できるこ
とを確認した。

【００１２】

【実施例５】大気圧ＣＶＤ法により、Ｇａ原料として
Ｇａアセチルアセトネテート［Ｇａ（ａｃａｃ）₃］、
Ｉｎ原料としてインジウムアセチルアセトネ−ト［Ｉｎ
（ａｃａｃ）₃］、酸素原料としてＨ₂Ｏを用い、全ての
原料を加熱されたステンレス製容器に充填し、ステンレ
ス配管を通じて原料ガスをキャリアガスとともに、石英
リアクタ内にセットされ３５０℃に加熱されているガラ
ス基板に向けて供給し該酸化物膜から成る該透明導電膜
を該ガラス基板上に作製した。尚、原料温度は、それぞ
れ８５℃、１５０℃、７３℃、並びにキャリアガス流量
は、それぞれ５００CCM、２０CCM、２．６×１０^-3ｍｏ
ｌ／ｍｉｎであった。作製した膜は厚さ４００ｎｍ、抵
抗率２．６×１０^-3Ωｃｍ、平均可視光透過率は８５％
以上であった。また、該膜をｘ線回折により分析を行な
ったところ、実施例１〜４で得られた膜の場合と同様の
ＧａＩｎＯ₃が弱いながらも検出された。

【００１３】本発明になる透明導電膜は、前記実施例の
みに限定されるものではなく、種々の原材料、例えば、
前記実施例においては、すべての原料に酸化物を利用し
ていたが、III族を含む酸化物や気化しやすい低級酸化
物、アセテート、あるいはアルコレートのような有機金
属錯体等各種の化合物を適宜組み合わせて利用すること
ができる。即ち、Ｇａ原料として、塩化ガリウム（Ｇａ
Ｃｌ₃）のような塩、Ｇａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃のようなアルコ
キシド、あるいはハロゲナイド、さらにＧａ（Ｃ₂Ｈ₅）
₂Ｃｌのような有機金属錯体、またジメチルＧａ［Ｇａ
（ＣＨ₃）₃］、ジエチルＧａ［Ｇａ（Ｃ₂Ｈ₅）₃］のよ
うなアルキル化合物等多くの錯塩や錯体が利用できる。
また、III族元素であるＩｎについても上記と同様の化
合物群が利用できる事は言うまでもない。

【発明の効果】本発明になる透明導電膜は、バンドギャ
ップが従来型透明導電膜とほぼ同様の３．４ｅＶ、光屈
折率は約１．８であり高いキャリア密度が容易に得られ
ることが大きな特徴である。その結果、高導電性が得ら
れ易く、しかも可視光領域における吸収が非常に少ない
という効果が得られた。その結果、透明導電膜に対する
多様なニ−ズに対応できる効果や、該透明導電膜は適度
な化学薬品耐性を実現できるという効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で作製した擬２元系Ｇａ₂Ｏ₃
−Ｉｎ₂Ｏ₃の電気的特性のＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）組成依
存性。

【符号の説明】

１・・・・・抵抗率２・・・・・キャリア密度３・・・・・移動度

Claims

【整理番号】ＭＴ６０３１８ＤＤ【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に、ガリウム（Ｇａ）、インジウ
ム（Ｉｎ）を含む酸化物膜、即ちＧａ₂Ｏ₃−Ｉｎ₂Ｏ₃で
示される擬２元系においてＧａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）で示さ
れるＧａ量が１５〜４９原子％、好ましくは２０〜４５
原子％含有する酸化物膜を形成して成ることを特徴とす
る透明導電膜。
【請求項２】前記請求項１記載の酸化物膜のＧａまた
はＩｎに対しIV族またはVII族元素を０．１から２０原
子％、好ましくは１から１０原子％の範囲で添加したこ
とを特徴とする請求項１記載の透明導電膜。
【請求項３】前記請求項２記載のIV族元素がシリコン
（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐ
ｂ）、チタニウム（Ｔｉ）あるいはジルコニウム（Ｚ
ｒ）である請求項１または２記載の透明導電膜。
【請求項４】前記請求項２記載のVII族元素がフッ素
（Ｆ）であり、その添加範囲は酸素（Ｏ）に対し０．１
〜２０％、好ましくは１〜１０％であることを特徴とす
る請求項１または２記載の透明導電膜。
【請求項５】前記請求項２記載の酸化物膜のＧａまた
はＩｎに対しイットリウム（Ｙ）を０．１から２０原子
％、好ましくは１から１０原子％の範囲で添加したこと
を特徴とする請求項１〜３または４記載の透明導電膜。
【請求項６】前記請求項１〜４または５記載の透明導
電膜を製造するために使用され、Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）
で示されるＧａ量が１５〜４９原子％、好ましくは２０
〜４５原子％の範囲にあることを特徴とするＧａ₂Ｏ₃−
Ｉｎ₂Ｏ₃系焼結体。
【請求項７】面状低抗体を製造するために使用される
前記請求項１〜４または５記載の透明導電膜、あるいは
６記載の焼結体。