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。

本研究的目的是建立一种高速、低损伤的氧化物薄膜沉积技术。特别是，我们正在研究具有高升华特性的薄膜材料，例如透明导电膜中使用的氧化钨（WO3）膜和氧化铟锡膜（ITO膜）。在传统的溅射中，氧化钨薄膜的溅射是通过施加数百V的电压来进行的，但在本研究中，我们尝试了一种高功率脉冲溅射（HiPIMS）方法，以比通常高得多的电压（~1000V）进行溅射。我们认为，除了上述溅射工艺之外，还考虑了升华溅射，其中金属被局部蒸发并发射。另一方面，当使用金属靶材溅射氧化钨时，从金属靶材发射出的溅射粒子与引入到基板上的真空设备中的反应气体（O2气体）发生反应，从而导致沉积。然而，普通磁控溅射方法中，靶材表面被氧化，产生的负氧离子以高能量进入基体，对薄膜造成显着损伤。特别是，已知在氧化钨膜中，在氧负离子轰击较大的区域，氧容易脱附，导致透明度降低。通过提高高于普通溅射的气压（~30mTorr）来减弱氧负离子对基板的影响，氧负离子从靶材移动到基板过程中的热化效应，减少了对基板的损伤。发现减少了。对于ITO，我们考虑了将其安装在PET基板等上的可能性，并评估了在室温下形成的ITO薄膜的膜厚对透明天线特性的影响。结果表明，400 nm薄膜的方块电阻为25Ω/sq，辐射效率约为38%，而2000 nm薄膜则显着提高，分别达到10Ω/sq和63.4%。