透明導電膜の高移動度発現に対する点欠陥の影響と光によるその制御技術に関する研究

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水素を添加した、または水素と遷移金属を共添加した酸化インジウム透明導電膜は、顕著に高いキャリア移動度 (>100 cm2/Vs) のため、低いキャリア密度で高い電気伝導を実現できる。そのため、自由電子による光吸収が低く、可視から近赤外領域まで広い波長域で透明である。このような透明導電膜の研究開発は、既存の電子光デバイスの性能向上のみならず、新奇デバイスの創出をもたらす。当該薄膜の形成は、2 段階から成る。先ず、非晶質の前駆体薄膜をマグネトロンスパッタなどの気相成長法で形成する。この時、膜の結晶化を抑制する目的で微量の水蒸気を導入する。次に、非晶質の前駆体薄膜を約 150 度以上の加熱により固相結晶化することで巨大な結晶粒を形成し、高移動度の特長が発現する。そのため、年々需要が拡大している耐熱性の低い高分子基材上への形成は、困難であった。今年度は、前駆体薄膜の形成手法から検討した。所有する一般的なマグネトロンスパッタ法で形成した前駆体薄膜には微結晶が混在し、それらは結晶化の際に結晶成長を妨げ、形成される結晶粒が小さくなり課題となった。成膜電力の制御による検討から、微結晶の形成には成膜粒子のエネルギーが強く影響していることを発見し、解決策として成膜粒子のエネルギーがマグネトロンスパッタよりも低い、直流アークプラズマを用いるイオンプレーティング法の採用に至った。その結果、微結晶が極めて少ない前駆体薄膜の形成に成功した。その前駆体薄膜の固相結晶化プロセスに、光照射技術を適用することで、報告されているフレキシブルの中で最も高い133 cm2/Vsの高キャリア移動度と、14.2 ohm/□ の低いシート抵抗をポリエチレンテレフタレート (PET) シート上で実現した。