酸化物薄膜の低ダメージ高速堆積技術の開発とメカニズムの解明

氧化物薄膜低损伤高速沉积技术的开发及机理阐明

基本信息

批准号：
21K04887
负责人：
安田洋司
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Polytechnic University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は酸化物薄膜の高速・低ダメージ堆積技術の確立を目指すことである。特に酸化タングステン（WO3）膜のように昇華性の高い薄膜材料や透明導電膜に使用される酸化インジウムスズ膜（ITO膜）について研究を進めている。酸化タングステン膜については、通常のスパッタでは数百Vを印加してスパッタが行われるが、本研究では大電力パルススパッタリング（HiPIMS）法を試みて通常よりも遥かに高い電圧（～1000V）で通常のスパッタ放出プロセスに加え金属が局所的に蒸発して放出されるような昇華的なスパッタされるのではないかと考えている。その一方で、酸化タングステンを金属ターゲットを用いてスパッタする場合、金属ターゲットから放出されたスパッタ粒子と真空装置内に導入された反応性ガス(O2ガス)とを基板上で反応させ堆積する反応性スパッタが一般的である。しかし、通常のマグネトロンスパッタ法ではターゲット表面が酸化され生成される酸素負イオンが大きなエネルギーで基板に入射し膜に大きなダメージを与える。特に酸化タングステン膜では酸素負イオンによる衝撃が大きい部分で酸素の脱離が考えられ透明度が低下することがわかっている。基板への酸素負イオンの衝撃を弱めるためガス圧を通常のスパッタ(～30ｍTorr)よりも高くすることで、ターゲットから基板へ酸素負イオンが移動する過程でサーマライゼーション効果によって、基板に与えるダメージが低減されることがわかった。ITOについては、PET基板等への実装も視野に入れており室温成膜したITO薄膜の膜厚が透明アンテナ特性に与える影響を評価した。その結果、400 nmの膜ではシート抵抗が25Ω/sq、放射効率が約38％だったのに対し、2000 nmの膜ではそれぞれ10Ω/sq及び63.4％と大きく向上することが示された。

这项研究的目的是为薄氧化物膜建立高速，低损伤的沉积技术。特别是，我们正在对具有较高升华性的薄膜材料（例如氧化钨（WO3）膜和透明的导电膜）进行研究。 With regard to tungsten oxide films, sputtering is carried out by applying several hundred V to normal sputtering, but in this study, we believe that a high-power pulse sputtering (HiPIMS) method is attempted to perform sublimation sputtering in which metals are locally evaporated and released in addition to the usual sputtering and emission process at a much higher voltage (up to 1000 V) than usual.另一方面，当使用金属靶标将氧化钨溅射时，反应性溅射是常见的，其中从金属靶标释放的溅射颗粒和引入真空设备中的反应性气体（O2气体）在基板上反应并沉积。然而，在常规的磁控溅射方法中，通过氧化靶表面产生的负氧离子以大能量入射在基板上，造成膜严重损害。特别是，已经发现，在氧化钨膜中，氧气解吸可能会发生在由于负氧离子造成的影响较大的地区，并且透明度降低。已经发现，通过增加比正常溅射高的气体压力（最多30 mTorr）以减少负氧离子对底物的影响，由于在将负氧离子从靶标转移到底物的过程中，由于热氧离子的热效应而减少了对底物的损害。关于ITO，我们还考虑安装在PET底物等上，并评估了在室温下形成的ITO薄膜厚度对透明天线的性质的影响。结果表明，板电阻为25Ω/sq，400 nm膜的辐射效率约为38％，而2000 nm膜的辐射效率分别显着提高到10Ω/平方英尺和63.4％。