成果報告書詳細
管理番号20120000001085
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 希少金属代替材料開発プロジェクト/透明電極向けインジウム使用量低減技術開発
公開日2012/10/20
報告書年度2008 - 2011
委託先名国立大学法人東北大学 株式会社アルバック 三井金属鉱業株式会社 DOWAエレクトロニクス株式会社
プロジェクト番号P08023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成20年度?平成23年度成果報告書 希少金属代替材料開発プロジェクト「透明電極向けインジウム使用量低減技術開発」
 透明電極向けインジウム使用量の50%削減を目指し、大きくスパッタ法による省インジウム新規組成ITO薄膜の作製ならびにその薄膜作製用のターゲットの工業的製造プロセスの確立を行った。一方削減方法としてITO膜作製時のインジウム利用効率がよいナノインクによる塗布法に用いるITOナノ粒子ならびにナノインクの合成も行った。以下それぞれの概要を示す。研究開発項目(1)「スパッタリング法による透明電極向けインジウム使用量低減化技術開発」では、インジウム使用量を低減させるため、第4元素(Ti、Sb、Fe、Al等)を添加したSn高濃度ITOにおけるバンド構造、キャリア濃度、有効質量の濃度依存性を評価した。二源同時スパッタ法で作製したAl添加省インジウム組成ITO薄膜でも、基板加熱および積層化により、従来のITO薄膜と同程度の体積抵抗率と可視光透過率を実現した。また、試作されたFe添加省インジウム組成ITO小型ターゲットを用いて加熱基板上に作製された新規省インジウム組成ITO薄膜(単層膜)の体積抵抗率はFe添加により低下し、光透過率は、可視域では400?450 nmにおいて85 %以下に低下するものの、450?800 nmでは85 %以上の良好な値を示した。一方、従来組成のITO薄膜をシード層とする積層化により体積抵抗率はさらに低下し、その可視光透過率は、単層膜より良好な値を示した。このように、第4元素(Fe)添加、基板加熱および積層化により、作製条件の最適化された新規省インジウム組成ITOスパッタ薄膜では、従来のITO薄膜(90 mass% In2O3)と同程度の体積抵抗率(270 μΩ cm)、可視光透過率(550 nmで95 %以上)を実現した。本研究で開発した新規省インジウム組成ITO薄膜は、SnO2を高濃度(< 50 mass%)含有しており、従来のITO薄膜よりもさらに耐酸化が強い性質を持っている。新規湿式エッチング法では、亜鉛蒸着を施すことで希塩酸溶液(< 1 mass% HCl)で十分な速度と選択性を持ってエッチングできることを明らかにした。研究開発項目(2)「非スパッタリング法による透明電極向けインジウム使用量低減化技術開発」では、ナノインクを調製するうえで必須となる高結晶性あるいはシングルナノサイズのITOナノ粒子の生産技術開発を行った。その結果、ソルボサーマル処理することで、ナノインク塗布用の高結晶性あるいはシングルナノサイズのITOナノ粒子をIn-Sn化合物液相から直接合成することが可能となった。静電塗布用 ITO ナノ粒子としては、シミュレーションから導かれたパーコレーションモデルを基に、立方体型 ITO ナノ粒子に着目し、その合成技術開発を行った。その結果、立方体型 ITO ナノ粒子をサイズを段階的に制御しつつ合成する手法を開発した。得られた立方体型 ITO ナノ粒子の特性評価を行ったところ、静電塗布用途としてではなくインクジェット塗布に適していたため、平成22年度以降はインクジェット法塗布用ナノインク開発に特化して研究開発を行った。その結果、本プロジェクトの各種目標である200 nm 以下、可視光透過率 90% 以上、ヘイズ 1% 以下、表面抵抗 100 Ω/sq 以下を達成しうるインクジェット印刷塗布用ITOナノインクを作製することが可能となった。
英文要約Title: Development of technology for reducing indium usage in a transparent conducting electrode (FY2008-2011) Final Report
In order to reduce use of indium resources with 50% decrease, we are developing a novel ITO target with original composition (4th metal addition), innovative process adequate to this target, and mono-dispersed ITO nano-ink prepared by the novel synthesis method. DFT (density functional theory) and DFT+U (DFT with on-site Coulomb repulsion corrections) calculations show that Ti, Sb, Fe and Al are working as effective additive elements to reduce indium content in ITO films. A new method was developed to achieve reducing indium content in ITO thin films. The procedure is follow: (1) normal ITO (90mass% In2O3; ITO90) very thin film was sputtered onto preheated glass substrates, so-called preheated sputtering (PHS), at 523 K. (2) new In-saving ITO (50 mass% In2O3; ITO50) thin film was sputtered on a very thin normal ITO90 film at 523 K. In comparison with the normal ITO90 thin films, the obtained In-saving X-doped ITO (X = Ti, Fe or Sb; ITO50:X) multi-layer (ML) thin films, presented better performance on volume resistivity and transmittance in visible light region. The volume resistivity of 270 μΩ cm and transmittance of above 95 % at wave length of 550 nm were shown for novel Fe-doped ITO50 ML thin film which was deposited at optimized condition such as Fe content, multi layered condition and film thickness. ITO50:X thin films were chemically stable and slightly dissolved in etching acids for normal ITO90 thin film. Noble wet etching process was developed using reductant agent such as Zn for ITO50:X thin films. We also developed novel ITO laminated thin film with very thin Ag-alloy film as a conductor. The sheet resistivity of up to 10 Ω/sq and transmittance of above 90 % at wave length of 550 nm were shown for novel ITO50 laminated thin film. Highly-crystalline ITO nanoparticles with a cubic shape were successfully synthesized by way of a solvothermal system. Synthesis of the ITO nanoparticles was carried out by following procedure: A methanolic solution of indium and tin chlorides was poured into a same volume of a quaternary ammonium hydroxides solution in methanol under agitation at room temperature. The resulting solution was aged at 200 °C for 24 h in an autoclave. From XRD measurements, thus obtained solid products have an ITO crystal structure as a single-phase. TEM observation indicated that the ITO nanoparticle have cubic morphology with sharp edges, and the particle mean sizes were about 20 - 50 nm. ITO nano-inks, obtained by use of the ITO nanoparticles, showed high dispersibility and transparency in organic solvents. ITO thin-films with low haze and high transparency were also successfully prepared by use of the ITO nano-inks. Resistivity of the films was reached to 10-3 ohm/cm.
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