Development of hydrogenated amorphous indium oxide-based transparent conductive oxide films with high mechanical flexibility

具有高机械柔性的氢化非晶氧化铟基透明导电氧化物薄膜的开发

基本信息

批准号：
22K04932
负责人：
相川慎也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kogakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04932/
关键词：
フレキシブル酸化物透明導電膜アモルファス水素化

项目摘要

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年度は，3種類の混合ガス中でのスパッタ成膜条件最適化と特性評価の比較を計画していたが，半導体チップ供給不足による研究装置の納期遅延のため，Ar/H2ガス中での最適化を進めた．また，次年度以降に予定していた柔軟性評価を先行して実施した．結果として，期待していた水素導入によるキャリア密度向上と，それに伴う抵抗率の減少は達成したものの，全く想定していなかった薄膜硬化が生じ，水素導入により柔軟性は低下することが新たな知見として得られた．一方，遅れていた水蒸気導入機構のセットアップが年度内に完了したため，確立したAr/H2ガスでの最適成膜条件をもとに，薄膜作製と評価を進めている．

随着社会对推动物联网和人联网的需求不断增加，人们对兼具机械柔性、优异的导电性和光学透明性的柔性透明导电薄膜的期望越来越高。然而，由于传统材料ITO是一种容易结晶的材料，因此尚不清楚其是否适合此类应用。在本研究中，我们采用了自主研发的In2O3透明导电薄膜，其中非晶B含量极高。迄今为止的研究结果表明，可以获得与ITO相当的电学和光学性能，但要将其应用于柔性透明导电薄膜，仍然存在以下两个问题：（1）B含量提高In2O3薄膜中的载流子密度(2)柔性薄膜测量装置的改进。因此，为了解决这些问题，我们通过氢掺杂优化了成膜条件，分析了薄膜的局部结构，定量评价了组成元素的含量，并阐明了弯曲引起的薄膜形貌的变化。，并提高了其机械灵活性。 2022财年，我们计划优化溅射成膜条件并比较三种混合气体的特性评估，但由于半导体芯片供应短缺导致研究设备的交付延迟，我们决定不使用溅射Ar/H2 气体已优化。此外，我们还提前进行了灵活性评估，计划于次年进行。结果，尽管我们实现了预期的载流子密度增加以及由于引入氢而导致的电阻率降低，但新的发现表明薄膜发生了完全意想不到的硬化，并且由于引入氢而导致柔性下降。它是作为获得的。另一方面，水蒸气导入机构的延迟设置已在本年度内完成，基于已确定的Ar/H2气体的最佳成膜条件，正在进行薄膜制作及评价。