| 研究課題/領域番号 |
22K04932
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 工学院大学 |
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研究代表者 |
相川 慎也 工学院大学, 工学部, 准教授 (40637899)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | フレキシブル / 酸化物 / 透明導電膜 / アモルファス / 水素化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
機械的柔軟性に対してメリットのあるアモルファス薄膜に着目し，これまで独自に開発してきたアモルファス性の非常に高いホウ素含有酸化インジウム透明導電膜に水素ドープすることで，無秩序構造に基づく高い屈曲性を維持したまま，プラスチック基板上に室温形成する透明導電膜のさらなる低抵抗化とフレキシブル化を目指す．このため，水素導入環境における最適スパッタ成膜条件の調整とともに，最適水素含有量および薄膜の原子スケールでの微細構造を明らかにする．また，屈曲時の電気特性評価を的確に実施するため，評価装置の改良を行い，プラスチック基板および薄膜の膜厚依存性を評価する．
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| 研究実績の概要 |
Internet of ThingsやInternet of Human推進に向けた社会的要請が高まる中，機械的柔軟性とともに優れた電気伝導および光学的透明性を併せ持つフレキシブル透明導電膜への期待が高まっている．しかしながら，従来材料ITOは易結晶化材料であるため，このような用途に対して適しているのか定かでない．
本研究では，独自に開発してきたアモルファス性の非常に高いB含有In2O3透明導電薄膜を用いる．これまでの研究結果から，ITOに匹敵する電気的・光学的特性が得られることがわかったが，フレキシブル透明導電膜として応用するために，依然として，以下2つの課題を残す：(1)B含有In2O3薄膜のキャリア密度向上，(2)フレキシブル薄膜測定装置の改良．
そこで，これらの解決のため，水素ドープによる成膜条件最適化，および薄膜の局所構造解析と構成元素含有量の定量評価を行うとともに，屈曲に伴う薄膜形態変化を明らかにし，さらなる機械的柔軟性の向上を目指す．
2022年度の実施状況から，水素ドーピングはキャリア密度を増加させ電気特性を向上させるものの，アモルファスであるにも関わらず柔軟性に対してはネガティブな結果になることがわかった．2023年度は，この理由を解明するため，特に膜密度の解析に注力した．X線反射率測定による膜密度解析にあたっての装置のセットアップや測定条件調整，得られたデータのフィッテングパラメータを検討した結果，水素ドープによる膜密度向上のエビデンスが得られた．しかしながら，水素導入による膜密度向上のメカニズムなど，まだ明らかとなっていない点がある．また，当初全く想定していなかった薄膜硬化が早期に判明したため，そのメカニズム追究に時間を要し，SIMSによる水素含有量の定量評価や水蒸気導入環境下での成膜などまだ実施できていない内容も存在する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請時に予期していなかった半導体チップ供給不足や原材料費の高騰などにより研究の進展や備品導入などに影響が出ていたものの，研究遂行可能な物品が購入できたことから概ね計画通りに実施できる見通しが立った．その一方，研究開始当初に全く想定していなかった水素ドーピングによる薄膜硬化が生じたため，そのメカニズム追究に時間を費やしている状況である．そのため，計画書に記載のSIMSによる水素含有量の定量評価や水蒸気導入環境下での成膜など，まだ実施できていない内容があるのは否めないが，水素ドーピングによる薄膜硬化のメカニズムが明らかとなれば，研究が飛躍的に進展する可能性があるため，おおむね順調に進んでいると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度の実施状況から，水素ドーピングによる薄膜硬化のエビデンスが得られたため，引き続き，水素導入による膜密度向上のメカニズム解明を進めていく．また，実施できていないSIMSによる水素含有量の定量評価や水蒸気導入環境下での成膜を並行し，膜密度向上のメカニズムと関連して進めていく予定である．
上記に加え，従来材料ITOでも同様の水素ドーピングによる薄膜硬化が生じるのか，比較実験を行うことで知見を広げていく．
最終年度となる2024年度は，これまでに得られた知見を総合し，研究目的の1つである「機械的柔軟性をさらに向上させた透明導電酸化物薄膜の開発」のために必要なキーパラメーター探索にフォーカスしながら，計画に準じて研究を進めていく．その意味でも，膜密度と柔軟性の相関が見出されたのは意義深いと考える．
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