有機基板上への酸化物薄膜の高速低温成膜技術の開発

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20560309
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京工芸大学
• 研究代表者: 星 陽一 東京工芸大学, 工学部, 教授 (20108228)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: スパッタリング / 薄膜プロセス / 低ダメージ成膜 / 有機EL / 透明導電膜

研究概要

本研究では、有機EL膜(BAlq膜)上に電極膜をスパッタ法で形成した場合に有機EL膜が受けるダメージの原因について解明し、ダメージなしで電極膜を作製するスパッタ技術を開発することを目的とした研究に取り組み、以下の結果を得た。
1)本研究では、まず、有機EL薄膜(BAlq膜)の表面に大きな運動エネルギーをもった電子、Arイオン、および酸素イオンを照射した場合に、有機膜が受けるダメージをPL強度の測定から評価した結果、いずれの場合も数十eV以上のエネルギーを持つ高エネルギー粒子の衝撃は有機膜に大きなダメージを与えることを確認した。
2)有機膜上にITO透明電極膜をスパッタ成膜することで、有機膜が受けるダメージを同様な方法により評価した。その結果、スパッタ成膜時にターゲットから放出される酸素負イオンや2次電子による基板衝撃が起こらない対向ターゲット式スパッタ法を用いることで、通常のマグネトロンスパッタ法に比較して有機膜が受けるダメージはかなり低減できるものの、通常の対向ターゲット式スパッタ法では、ターゲット端から僅かに放出される2次電子による基板衝撃の影響で、特性が劣化してしまうことが分かった。
また、スパッタ時にターゲット表面で反射される反跳スパッタガス原子の基板衝撃によるダメージはさほど大きく無いものの、スパッタ放出粒子に含まれる高エネルギー粒子による基板衝撃によるダメージはかなり大きく、これを抑制するために、スパッタガス圧1Pa以上で成膜すること,Arガスの代わりに質量が大きなKrガスを用いることがダメージの軽減に有効であることを明らかにした。
これらの研究成果を踏まえて、2次電子や高エネルギースパッタ原子による基板衝撃をほぼ完全に抑制できるスパッタ成膜を実現した結果、有機薄膜にダメージを与えることなく電極膜を作製できるようになった。現在、実際の有機EL素子作製プロセスに本研究で開発したスパッタ装置を導入して、その有効性の検証を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] High Rate Reactive Deposition of TiO_2 Films Using Two Sputtering Sources (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Hoshi, Daiki Ishihara, Tetsuya Sakai, Osamu Kamiya, Hao Lei
  • 雑誌名: Vacuum 84 ページ: 1377-1380
• [雑誌論文] Electron Bombardment Induced Damage to Organic Emission Layer. (2010)
  • 著者名/発表者名: Hao Lei, Yoichi Hoshi, Meihan Wang, Takayuki Uchida, Shinichi Kobayashi, Yutaka Sawada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics. 49 ページ: 042103
• [雑誌論文] Thermal change of organic light emitting Alq3 thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: M.H.Wang, T.Konya, M.Yahata, Y.Sawada, A.Kishi, T.Uchida, H.Lei, Y.Hoshi, L.X.Sun
  • 雑誌名: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry Vol.99 ページ: 117-122
• [雑誌論文] Photocatalytic Characteristics and Structure of TiO_2 Film Deposited by Oxygen-Ion-Assisted Reactive Evaporation at Low Temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Sakai, Gho Ikegaya, Daiki Ishihara, Naonori Osada, Koji Kobayashi, Noriyuki Sato, Shohei Mochiduki, Yoichi Hoshi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics. Vol.49, No.1 ページ: 015701
• [雑誌論文] High Rate Reactive Deposition of TiO_2 Films Using Two Sputtering Sources (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Hoshi, Daiki Ishihara, Tetsuya Sakai, Osamu Kamiya, Hao Lei
  • 雑誌名: In press Vacuum
• [雑誌論文] Thermal crystallization kinetics and crystallite size distribution of amorphous ITO film deposited in the presence or absence of water vapor (2010)
  • 著者名/発表者名: M.H.Wang, Y.Sawada, H.Lei, Y.Seki, Y.Hoshi, T.Uchida, T.Konya, A.Kishi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 518,(11) ページ: 2992-2995
• [雑誌論文] The relationships between the film structure and photocatalytic characteristics of TiO_2 films deposited under oblique incidence by oxygen ion assisted reactive evaporation (OIARE) method (2009)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Sakai, Noriyuki Sato, Syohei Mochiduki, Daiki Ishihara, Gho Ikegaya, Naonori Osada, Koji Kobayashi, Takeshi Maeda, Yoichi Hoshi
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan. Vol.34, No.1 ページ: 97-100
• [雑誌論文] Thermodynamic Temperature and Density of Ar(I) for 4S'[1/2]0 State in a Facing Target Sputtering System (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Yasuda, N. Nishimiya, Y.Hoshi, M.Suzuki
  • 雑誌名: ACTA PYSICA POLONICA A Vol.116 ページ: 560-562
• [雑誌論文] Low Damage Sputter Deposition of ITO Films on Organic Light Emitting Films (2009)
  • 著者名/発表者名: Hao Lei,Keisuke Ichikawa, Yoichi Hoshi, Meihan Wang, Yutaka Sawada, Takayuki Uchida
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan. Vol.34,(2) ページ: 321-324
• [雑誌論文] Study of Deposition of ITO films on Organic Layer using Facing Target Sputtering in Ar and Kr gases. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hao Lei, Keisuke Ichikawa, Yoichi Hoshi, Meihan Wang, Takayuki Uchida, Yutaka Sawada
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 5860-5863
• [雑誌論文] 有機EL素子用透明電極作製のための低ダメージスパッタ成膜法の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 星陽一、雷浩、小林信一、内田孝幸
  • 雑誌名: 真空ジャーナル 5月号 ページ: 11-15
• [雑誌論文] Investigation of Low Damage Sputter-Deposition of ITO Films on Organic Emission Layer. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hao Lei, Keisuke Ichikawa, Meihan Wang, Yoichi Hoshi, Takayuki Uchida, YutSawada
  • 雑誌名: IEIEC Tran.Electron. Vol.E.91-C, No.10 ページ: 1658-1662
• [雑誌論文] High rate deposition of SiO_2 films using two sputtering sources. (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Hoshi, K.Yagi, E.Suzuki, H.Lei, A.Sakai
  • 雑誌名: IEIEC Tran.Electron. Vol.E.91-C, No.10 ページ: 1644-1648
• [雑誌論文] Photocatalytic characteristics TiO_2 films deposited by oxygen plasma-assisted reactive evaporation metod (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai, Y.Kuniyoshi, W.Aoki, S.Ezoe, T.Endo, Y.Hoshi
  • 雑誌名: Japan.J.Appl.Phys. Vol.47, No.8 ページ: 6548-6553
• [雑誌論文] High rate deposdityion of photocatalytic Tio2 films by oxygen plasma assit reactive evaporation method (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Sakai, Y.Kuniyoshi, W.Aoki, S.Ezoe, T.Endo, Y.Hoshi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 5860-5863
• [雑誌論文] Transparent conductive film for top-emission organic light-emitting devices by low damage facing target sputtering (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Onai, T.Uchida, Y.Kasahara, K.Ichikawa, Y.Hoshi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 5911-5915
• [雑誌論文] Themal change of amorphous indium tin oxide films sputter-deposited in water vapor atmosphere (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Wang, Y.Onai, Y.Hoshi, T.Uchida, S.Singkarat, T.Kamwanna, S.Dangtip, S.Aukkaravittayapun, T.Nishide, S. Tokiwa, Y.Sawada
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 5809-5813
• [雑誌論文] Study of low power deposition of ITO for top emission OLED with facing target and R Fsputtering systems (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Dangtip, Y.Hoshi, Y.Kasahara, Y.Onai, T.Osotchan, Y.Sawada, T.Uchida
  • 雑誌名: J.Phys., Conference Series(042011) 100 ページ: 1-6
• [図書] スパッタ実務(Q&A集) (2009)
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 薄膜ハンドブック (2008)
  • 著者名/発表者名: 薄膜第131委員会編
  • 出版者: オーム社
• [図書] 薄膜の機械的物性と不良対策・高品質化 (2008)
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー株式会社
• [図書] 有機EL技術開発の最前線-高輝度・高精細・長寿命化・ノウハウ集- (2008)
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.seit.t-kougei.ac.jp/ThinFILMLab/index.html