ゾル-ゲル法による透明導電性酸化物薄膜の作製に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555158
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小平 紘平 北海道大学, 工学部, 教授 (60002002)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古崎 毅 北海道大学, 工学部, 助手 (90190149) ; 樋口 幹雄 北海道大学, 工学部, 助手 (40198990)
• Keywords: 透明導電性酸化物薄膜 / 酸化スズ / ゾル-ゲル法 / 酸化インジウム / ITO薄膜

Research Abstract

本年度は、ゾル-ゲル法によりIn_2O_3薄膜を作製し、その性質について検討した。また、SnO_2薄膜に関しては、ゲル膜からの脱水および結晶化の過程、SnO_2薄膜の微細構造の変化、SnO_2薄膜と基板との界面の状態について検討した。なお、薄膜の熱分析などは困難なため、バルク体を用いてそれらの測定を行い、その結果も合わせて推察した。
(1)In_2O_3薄膜の作製条件とその性質
硫酸インジウムおよび硫酸スズの水溶液にアンモニア水を添加して調製したコロイド微粒子を用いてゾル-ゲル法によりIn_2O_3薄膜を作製した。In_2O_3薄膜の比抵抗はSnの添加により急激に減少し、7.5mol%Snの添加量で最小となった。また、7.5mol%Sn添加したIn_2O_3薄膜の比抵抗は焼成温度の上昇にともなって減少し、850〜900℃で3×10^<-3>Ωcmとなった。さらに、真空中300℃で30分間熱処理することにより、比抵抗は減少し、7×10^<-4>Ωcmまで減少した。また、可視領域における光透過率は90%以上であった。
(2)SnO_2薄膜の生成過程
ゲル膜からSnO_2薄膜の生成過程を検討した結果、ゲル膜の焼成により、室温から200℃付近までに物理吸着水が脱離する。次に化学的に結合している水酸基が550℃付近まで温度の上昇と共に徐々に脱離し、それにともなって結晶性が向上してSnO_2薄膜となることが明かとなった。
また、バルク体の比表面積は焼成温度の上昇に連れて減少した(90m^2/g:400℃→20m^2/g:800℃)。これらの値から粒子を球と仮定して求めた比表面積径はそれぞれ10nm、40nmであった。これに対して嵩密度は約4g/cm^3とほとんど変化しなかった。一方、SnO_2薄膜の表面および破断面の電子顕微鏡観察の結果より、焼成温度が高くなるに連れて粒子径の増大(10〜20nm:550℃→30〜40nm:800℃)が認められ、これらの値はバルク体における比表面積径とほぼ一致した。また、薄膜の表面は550℃では緻温であったが、800℃では粒子間に空隙が認められた。これより、SnO_2薄膜の微細構造は、温度の上昇に伴い一次粒子間での接合が拡大し粒成長する一方、気孔率は変化せず気孔径の増大が生じているという過程を経て変化すると思われる。
また、550℃〜800℃30分間の焼成では、SnO_2と基板との界面においてSnとSiの拡散は認められず、基板との相互作用はないことが判明した。

Research Products

• [Publications] Tsuyoshi Furusaki: "Preparation and Properties of In_2O_3 Thin Films by the Sol-Gel Method" High Performance Ceramic Films and Coatings. 241-247 (1991)
• [Publications] Tsuyoshi Furusaki: "Studies on Formation Process of SnO_2 Thin Films by Sol-Gel Method"