成果報告書詳細
管理番号20090000000040
タイトル平成20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代替材料開発 酸化亜鉛系混晶材料による高性能透明電極用材料の開発」
公開日2009/8/26
報告書年度2008 - 2008
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P08023
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約1. 研究開発項目
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代替材料開発/酸化亜鉛系混晶材料による高性能透明電極用材料の開発
2.研究目標
本研究開発では、透明電極向けインジウムの使用量を現状から50%以上低減する事を最終目標として、酸化亜鉛系材料について、特に電気的特性および化学的安定性を向上させると共に、最終的にはフラットパネル・ディスプレイを試作してその性能を評価・検討し、真にITOを代替可能な実用的透明電極用材料として、材料の性能を確立する事を目標とする。
3.研究計画の内容
(1) ZnO系透明導電膜材料の開発
(2) Zn1-xMgxO系透明導電膜材料の開発
4.研究成果概要
(1) ZnO系透明導電膜材料の開発
ZnO系透明導電膜材料の開発研究を行った。具体的には、マグネトロン・スパッタ法により、100[mm]×100[mm]の大面積領域にわたって均一で高品質(比抵抗≦4×10-4[Ωcm])な薄膜(膜厚150[nm])を堆積する事が可能な技術の開発を目指した。実験の結果、全ての観点から総合的に判断して、最も良好な特性の薄膜が得られたターゲット材料は、ドーパントとしてGaを5[wt%]ドープしたGZOであった。実際に、マグネトロン・スパッタ法により、サイズが100[mm]×100[mm]の大面積領域にわたって、均一で高品質(比抵抗≦4×10-4[Ωcm])な薄膜(膜厚150[nm])を堆積する事が可能であることを実証できた。
(2) Zn1-xMgxO系透明導電膜材料の開発
Zn1-xMgxO系透明導電膜材料の開発研究を行った。具体的には、マグネトロン・スパッタ法により、100[mm]×100[mm]の大面積領域にわたって均一で高品質な薄膜(膜厚150[nm])を堆積する事が可能な技術の開発を目指した。実験の結果、特にZn1-xMgxO:Ga系材料の電気的特性の値は、スパッタ法を利用して堆積されたZn1-xMgxO混晶系透明導電膜材料としては、これまでで最も優れた電気的特性を持つ薄膜が堆積できた。
5.今後の課題
ZnO系透明導電膜材料の開発においては、開発された材料の各種特性は、全項目において、研究計画書に記載された最終年度の目標値を達成しており、研究開発は極めて順調に進捗した。今後の課題は、この薄膜堆積技術を利用して、実際にフラットパネル・ディスプレイを試作してその性能を評価・検討し、真にITOを代替可能な実用的透明電極用材料として、材料の性能を確立する事である。
Zn1-xMgxO系透明導電膜材料の開発研究も、スパッタ法を利用して堆積されたZn1-xMgxO系透明導電膜材料としては世界最高の電気的特性を実現しており、研究は極めて順調に進捗した。今後の課題は、混晶化する事で材料の物性(特に電気的特性と化学的安定性)が様々に変化する原因の詳細を解明し、良好な電気的特性と化学的安定性が両立した材料を開発する必要がある。
7.研究発表・講演、文献、特許等の状況
発表・講演:14件、その他の公表:2件
英文要約Title: Development of new high performance transparent conducting materials based on zinc oxide, in order to replace indium used for transparent electrodes (FY2008) Final Report
1. Title
Development of new high performance transparent conducting materials based on zinc oxide, in order to replace indium used for transparent electrodes.
2. Objectives
Excellent transparent conducting thin films based on ZnO are to be developed, in order to replace more than 50% of the In which is currently used for transparent electrodes. Particularly, improvement of both electrical and chemical properties of ZnO-based transparent conducting thin films is indispensable for that objective. Finally, trial manufacturing and performance evaluation of the flat panel display devices using the developed ZnO-based transparent conducting thin films are highly required.
3. Work Program
(1) Research and development of ZnO transparent conducting thin films.
(2) Research and development of Zn1-xMgxO transparent conducting thin films.
4. Summary
(1) Research and development of ZnO transparent conducting thin films.
ZnO transparent conducting thin films are deposited using the magnetron sputtering method on glass substrate of 100mm×100mm. Film thickness was fixed to 150 nm. As the results, the best electrical properties are obtained when Ga-doped ZnO targets are used for the deposition; the electrical resistivity was less than 4×10-4 Ωcm, which are good enough to realize the flat panel display devices using the ZnO transparent conducting thin films.
(2) Research and development of Zn1-xMgxO transparent conducting thin films.
Zn1-xMgxO transparent conducting thin films are deposited using the magnetron sputtering method on glass substrate of 100mm×100mm. Film thickness was fixed to 150 nm. As the results, the best electrical properties are obtained when MgO and Ga-doped ZnO targets are used for the deposition, which are the best electrical properties ever reported in Zn1-xMgxO transparent conducting thin films deposited using the sputtering methods.
5. Future Tasks
Since electrical properties of the developed ZnO transparent conducting thin films are good enough, we must realize the flat panel display devices using the ZnO transparent conducting thin films in the next step. Mechanism of the influence of Mg doping upon electrical and chemical properties are to be revealed to develop more excellent Zn1-xMgxO transparent conducting thin films.
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