2021 年度実施状況報告書

高移動度透明導電膜の材料設計

研究課題

研究課題/領域番号	20K05339
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	鯉田崇国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (70415678)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	透明導電膜 / 移動度
研究実績の概要	本年度は、水素と各種金属不純物(Sn, Ce, Zr, Wなど)を共添加した非晶質In2O3薄膜を熱処理（窒素雰囲気、250℃、30分）により固相結晶化させたspc-In2O3:Me,H薄膜の製造と電気特性評価を実施した。薄膜堆積には、直流アーク放電を用いた反応性プラズマ堆積(RPD)法とマグネトロンスパッタ(MS)法を用いた。前者ではIn2O3:H, In2O3:Ce,H (CeO2: 1, 2, 3, wt.%), In2O3:W,H (WO3: 1 wt.%), In2O3:Sn,H(SnO2: 1, 3, 5, wt.%)薄膜を、後者ではIn2O3:H, In2O3:Ce,H (CeO2: 0.5, 1, 2, wt.%), In2O3:Zr,H (ZrO2: 1 wt.%), In2O3:Ga,T,Zr,H, In2O3:Sn,H(SnO2: 1, 2, 5, wt.%)薄膜を堆積させた。堆積時の水蒸気分圧と酸素分圧は、各製造方法と原料に合わせて最適化を行った。その結果、①MS法とRPD法の両方で堆積したspc-In2O3:H, In2O3:Ce,H, In2O3:Sn,H薄膜の電気特性は、薄膜堆積法に依らず同等であること、②spc-In2O3:HとIn2O3:Ce,Hでは約150 cm2V-1s-1、spc-In2O3:Zr,HとIn2O3:W,Hとspc-In2O3:Ga,Ti,Zr,Hでは約100 cm2V-1s-1、 spc-In2O3:Sn,H（SnO2: 1wt.％）では約70 cm2V-1s-1の移動度を示すことが分かった。非晶質薄膜堆積時のIn, O, Me, Hの組成制御が重要であること、Ce、Zr、W、あるいはGa-Ti-Zr共添加はSnよりも高い移動度を実現し、中でもCeは極めて優れていることを明らかにした。
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今年度までに、ITOを含めた各種金属不純物を添加したspc-In2O3:Me,H薄膜の製造を終えた。準備した試料に対してHall測定による電気特性評価を実施し、金属不純物の種類により移動度は顕著に異なること、Ce、Zr、W、あるいはGa-Ti-Zr共添加はSnよりも本質的に高い移動度を示すことを明らかにした。本結果は、本研究課題遂行にあたって必要な試料を全て準備できたことを意味している。現在は、光電子分光測定による遷移金属の価数と不純物準位形成の有無を評価しており、順調に研究が進んでいる。
今後の研究の推進方策	準備した試料に対してHall測定による電気特性評価を終え、現在、光電子分光測定による遷移金属の価数と不純物準位形成の有無を評価しているところである。来年度は、それに加え、分光エリプソメトリーを用いた電子の有効質量と緩和時間を評価する。これらの評価結果を総合することで、spc-In2O3:Me,H薄膜においてITOと比べ極めて高い移動度を示す要因を明らかにする。
次年度使用額が生じた理由	コロナ禍のため、予定していた学会が中止あるいはオンライン開催となり、その結果、旅費が0円となった。2022年度も同様の事態が想定されるため、旅費分は研究推進のための物品購入費及び外注分析費に充てる。