JP2012138230A - 透明導電薄膜 - Google Patents
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Abstract
【課題】銀を含む金属薄膜からなり、抵抗率が低く且つ透過率が高い透明導電薄膜を提供する。
【解決手段】厚さ５〜２０ｎｍの銀を含む金属薄膜からなり、体積抵抗率が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、波長３００ｎｍと波長５００ｎｍとピーク波長のいずれかの光の透過率が７０％以上である。波長７００ｎｍおよび８００ｎｍの少なくとも一方の光の透過率が６０％以上であるのが好ましく、ピーク波長の光の透過率が８０％以上であるのが好ましい。金属薄膜は、銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上を含むのが好ましく、金属薄膜中の銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上の含有量が１０体積％以下であるのが好ましい。
【選択図】図１
【解決手段】厚さ５〜２０ｎｍの銀を含む金属薄膜からなり、体積抵抗率が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、波長３００ｎｍと波長５００ｎｍとピーク波長のいずれかの光の透過率が７０％以上である。波長７００ｎｍおよび８００ｎｍの少なくとも一方の光の透過率が６０％以上であるのが好ましく、ピーク波長の光の透過率が８０％以上であるのが好ましい。金属薄膜は、銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上を含むのが好ましく、金属薄膜中の銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上の含有量が１０体積％以下であるのが好ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は、透明導電薄膜に関し、特に、銀を含む金属薄膜からなる透明導電薄膜に関する。
従来、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や太陽電池の電極として、透明基板上にＩＴＯやＺｎＯなどの酸化物材料からなる酸化物透明導電膜を形成した電極が広く利用されている。しかし、酸化物導電膜では、５００ｎｍの光の透過率が８０〜９０％と高い値を示すものの、抵抗率は、ＩＴＯでは１×１０−４Ω・ｃｍ程度、ＺｎＯでは５×１０−４Ω・ｃｍ程度であり、さらに高い抵抗率の導電膜が望まれている。
近年、透明導電膜の抵抗率を高めるために、スパッタリングにより透明基板上に銀を含む金属薄膜を形成する方法が提案されている。しかし、スパッタリング法では、膜厚の制御性や均一性に優れているものの、膜厚が数ｎｍ〜数十ｎｍと薄くなると、連続薄膜構造ではなく、島状構造になって薄膜の抵抗率が急激に悪化する場合がある。
そのため、スパッタリングにより基板上に銀を含む連続的な金属薄膜を形成する方法として、銀を主成分とするターゲットを用いてスパッタリングにより厚さ１〜３０ｎｍの銀系透明導電体薄膜を基板上に成膜する際に、成膜時のスパッタリング雰囲気を酸素ガスを含む雰囲気にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１の方法で製造された銀系透明導電体薄膜でも、可視光透過率が７０％より低く、さらに高い透過率の導電膜が望まれている。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、銀を含む金属薄膜からなり、抵抗率が低く且つ従来よりも透過率が高い透明導電薄膜を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明による透明導電薄膜は、銀を含む金属薄膜からなり、体積抵抗率が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、波長３００ｎｍと波長５００ｎｍとピーク波長のいずれかの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする。この透明導電薄膜において、波長７００ｎｍおよび８００ｎｍの少なくとも一方の光の透過率が６０％以上であるのが好ましく、ピーク波長の光の透過率が８０％以上であるのが好ましい。また、金属薄膜が、さらに銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上を含むのが好ましい。この場合、金属薄膜中の銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上の含有量が１０体積％以下であるのが好ましい。また、金属薄膜の厚さが５〜２０ｎｍであるのが好ましく、５〜１０ｎｍであるのがさらに好ましい。
本発明によれば、銀を含む金属薄膜からなり、抵抗率が低く且つ透過率が高い透明導電薄膜を製造することができる。
本発明による透明導電薄膜の実施の形態は、銀を含む金属薄膜からなり、体積抵抗率が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、波長３００ｎｍと波長５００ｎｍとピーク波長のいずれかの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする。この透明導電薄膜において、波長７００ｎｍおよび８００ｎｍの少なくとも一方の光の透過率が６０％以上であるのが好ましく、ピーク波長の光の透過率が８０％以上であるのが好ましい。また、金属薄膜が、さらに銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上を含むのが好ましい。この場合、金属薄膜中の銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上の含有量が１０体積％以下であるのが好ましい。また、金属薄膜の厚さが５〜２０ｎｍであるのが好ましく、５〜１０ｎｍであるのがさらに好ましい。
特に、ＩＴＯやＺｎＯなどの一般的な酸化物透明導電膜では、透過率が８０％以上で良好であるといわれており、本発明による透明導電薄膜の実施の形態において、波長３００ｎｍと波長５００ｎｍとピーク波長のいずれかの光の透過率が８０％以上の場合には、一般的な酸化物透明導電膜と同等の透過率を得ることができる。また、最低で１０−４Ω・ｃｍの体積抵抗率の酸化物透明導電膜が知られているが、本発明による透明導電薄膜の実施の形態では、体積抵抗率が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、酸化物透明導電膜よりも低い低効率を得ることができる。
本発明による透明導電薄膜の実施の形態は、透明基板にイオンボンバード処理を施した後、この透明基板上にイオンプレーティングにより厚さ５〜２０ｎｍ、好ましくは厚さ５〜１０μｍの銀を含む金属薄膜を蒸着させることによって製造することができる。この透明導電薄膜の製造方法において、金属薄膜が、さらに銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上を含むのが好ましい。この場合、金属薄膜中の銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上の含有量が１０体積％を超えると、透過率が大きく低下するので、これらの含有量はそれぞれ１０体積％以下であるのが好ましい。
この透明導電薄膜の製造方法では、蒸着材としてＡｇ、あるいはＡｇとＣｕ、ＺｎおよびＩｎのうちの１種以上の高純度のショットやワイヤなどを使用することができるとともに、透明基板としてガラス基板などを使用することができる。
また、透明基板のイオンボンバード処理では、トリプルハースルツボを備えたイオンプレーティング装置（電子銃が連続的に３つのルツボを順にパルス照射するイオンプレーティング装置）の真空チャンバ内の各々のルツボ内に蒸着材を設置するとともに、基板を真空チャンバ内のステージ上に設置し、蒸着材と基板間のシャッター（遮蔽板）を閉じておく。この状態で、真空チャンバを閉じて、真空チャンバ内を真空排気した後、真空チャンバ内の圧力が３〜５Ｐａのアルゴンガス雰囲気になるように制御してアルゴンガスを真空チャンバ内に導入し、電圧０．４〜０．５ｋＶ、基板電流０．０２〜０．０３Ａを印加して、イオンボンバード処理を約５〜２０分間施すことにより、基板の表面をクリーニングする前処理を行う。
次に、金属薄膜のイオンプレーティングは、イオンボンバード処理が終了した後、真空チャンバを閉じたまま、連続的に行う。すなわち、イオンボンバード処理が終了した後、真空チャンバ内を排気した後、蒸着材と基板間のシャッターを閉じた状態で、真空チャンバ内の蒸着材に電子ビームを当てながら蒸着材を溶かす。蒸着材が溶けた後、タングステンフィラメントにイオン化電流を流し、基板を設置したステージ側にも基板電圧を印加するとともに、イオン化を促進するためにさらに熱電子銃に熱電子電流を流す。イオン化が終了した後、蒸着材と基板間のシャッターを開いて、イオンプレーティングによる基板上への銀を含む金属の成膜を開始して、銀を含む金属の膜厚が５〜２０ｎｍの所望の厚さになるまで成膜を続けた後、シャッターを閉じる。その後、イオン化電流および電子ビーム電流を下げて、真空チャンバを開放し、表面に銀を含む金属薄膜が形成された基板を取り出す。
以下、本発明による透明導電薄膜の実施例について詳細に説明する。
［実施例１］
まず、蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）を用意するとともに、透明基板として７６ｍｍ×２６ｍｍ×１mmのスライドガラス（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ社製の白板ガラス）を用意した。
まず、蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）を用意するとともに、透明基板として７６ｍｍ×２６ｍｍ×１mmのスライドガラス（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ社製の白板ガラス）を用意した。
次に、蒸着材をイオンプレーティング装置（神港精機株式会社製のＡＩＦ−８５０ＳＢＴ型）の真空チャンバ内の３つのルツボの１つに設置するとともに、基板を真空チャンバ内のステージ上に設置し、蒸着材と基板間のシャッター（遮蔽板）を閉じた。
次に、真空チャンバを閉じて、真空チャンバ内を約１０−５Ｐａに真空排気した後、真空チャンバ内の圧力が４．８Ｐａのアルゴンガス雰囲気になるように制御してアルゴンガスを真空チャンバ内に導入し、電圧０．４５ｋＶ、基板電流０．０２Ａを印加して、イオンボンバード処理を約１０分間施すことにより、基板の表面をクリーニングする前処理を行った。
次に、真空チャンバを閉じたまま、真空チャンバ内を約１０−５Ｐａに排気した後、蒸着材と基板間のシャッターを閉じた状態で、真空チャンバ内の蒸着材に電子ビームを当てながら蒸着材を溶かした。
蒸着材が溶けた後、タングステンフィラメントにイオン化電流を流し、基板を設置したステージ側にも基板電圧０．４６Ｖを印加するとともに、イオン化を促進するためにさらに熱電子銃に熱電子電流４０Ａを流した。イオン化が終了した後、蒸着材と基板間のシャッターを開いて、イオンプレーティングによる基板上へのＡｇの成膜を開始して、Ａｇ薄膜の厚さが１０ｎｍになるまで成膜を続けた後、シャッターを閉じた。その後、イオン化電流および電子ビーム電流を下げて、真空チャンバを開放し、Ａｇ薄膜が形成された基板を取り出した。
このようにして透明基板上に形成されたＡｇ薄膜について、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍおよび８００ｎｍの光の透過率および抵抗率を測定した。
透過率は、分光光度計（日本分光株式会社製のV−６５０）を使用して、Ａｇ薄膜を形成していない透明基板（スライドガラス）で原点調整した後に測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７６．８％、５００ｎｍでは８６．９％、７００ｎｍでは７６．３％、８００ｎｍでは７０．９％であり、いずれの場合も高い透過率を示した。
抵抗率は、抵抗率計（三菱化学株式会社製のロレスタＧＰ ＰＳＰプローブ）を使用して、４探針法により、透明基板の表面の中央部の膜抵抗を測定することによって求めた。その結果、抵抗率は４．０１×１０−６Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
［実施例２］
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＣｕ（６Ｎワイヤ）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｃｕ薄膜（９２．５体積％のＡｇと７．５体積％のＣｕを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍおよびピーク波長の光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７２．３％、５００ｎｍでは８２．０％、７００ｎｍでは６７．１％、８００ｎｍでは６０．７％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。また、ピーク波長は３３４ｎｍであり、その透過率は９０．６％と非常に高かった。さらに、抵抗率は１．６９×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＣｕ（６Ｎワイヤ）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｃｕ薄膜（９２．５体積％のＡｇと７．５体積％のＣｕを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍおよびピーク波長の光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７２．３％、５００ｎｍでは８２．０％、７００ｎｍでは６７．１％、８００ｎｍでは６０．７％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。また、ピーク波長は３３４ｎｍであり、その透過率は９０．６％と非常に高かった。さらに、抵抗率は１．６９×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
［実施例３］
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＺｎ（６Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｚｎ薄膜（９５．０体積％のＡｇと５．０体積％のＺｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍおよびピーク波長の光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７４．３％、５００ｎｍでは７９．０％、７００ｎｍでは６２．５％、８００ｎｍでは５５．２％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。また、ピーク波長は３３２ｎｍであり、その透過率は８９．１％と非常に高かった。さらに、抵抗率は１．３７×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＺｎ（６Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｚｎ薄膜（９５．０体積％のＡｇと５．０体積％のＺｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍおよびピーク波長の光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７４．３％、５００ｎｍでは７９．０％、７００ｎｍでは６２．５％、８００ｎｍでは５５．２％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。また、ピーク波長は３３２ｎｍであり、その透過率は８９．１％と非常に高かった。さらに、抵抗率は１．３７×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
［実施例４］
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＩｎ（４Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｉｎ薄膜（９５．０体積％のＡｇと５．０体積％のＩｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍおよび８００ｎｍの光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７４．１％、５００ｎｍでは８０．４％、７００ｎｍでは６９．４％、８００ｎｍでは６３．５％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。さらに、抵抗率は４．０９×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＩｎ（４Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｉｎ薄膜（９５．０体積％のＡｇと５．０体積％のＩｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍおよび８００ｎｍの光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７４．１％、５００ｎｍでは８０．４％、７００ｎｍでは６９．４％、８００ｎｍでは６３．５％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。さらに、抵抗率は４．０９×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
［実施例５］
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＣｕ（６Ｎワイヤ）とＺｎ（６Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ薄膜（８７．５体積％のＡｇと７．５体積％のＣｕと５．０体積％のＺｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍおよびピーク波長の光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは６７．７％、５００ｎｍでは６８．３％、７００ｎｍでは４９．２％、８００ｎｍでは４１．７％であったが、ピーク波長３２４ｎｍの透過率は８３．４％と非常に高かった。さらに、抵抗率は９．０６×１０−６Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＣｕ（６Ｎワイヤ）とＺｎ（６Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ薄膜（８７．５体積％のＡｇと７．５体積％のＣｕと５．０体積％のＺｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍおよびピーク波長の光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは６７．７％、５００ｎｍでは６８．３％、７００ｎｍでは４９．２％、８００ｎｍでは４１．７％であったが、ピーク波長３２４ｎｍの透過率は８３．４％と非常に高かった。さらに、抵抗率は９．０６×１０−６Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
［実施例６］
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＩｎ（４Ｎショット）とＺｎ（６Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｉｎ−Ｚｎ薄膜（９０．０体積％のＡｇと５．０体積％のＩｎと５．０体積％のＺｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍおよび８００ｎｍの光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７１．２％、５００ｎｍでは７９．１％、７００ｎｍでは６８．１％、８００ｎｍでは６２．３％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。さらに、抵抗率は３．７２×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
蒸着材としてＡｇ（４Ｎショット）とＩｎ（４Ｎショット）とＺｎ（６Ｎショット）を使用してそれぞれ別のルツボに設置した以外は、実施例１と同様の方法により、透明基板上に形成したＡｇ−Ｉｎ−Ｚｎ薄膜（９０．０体積％のＡｇと５．０体積％のＩｎと５．０体積％のＺｎを含む薄膜）について、実施例１と同様の方法により、波長３００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍおよび８００ｎｍの光の透過率および抵抗率を測定した。その結果、透過率は、３００ｎｍでは７１．２％、５００ｎｍでは７９．１％、７００ｎｍでは６８．１％、８００ｎｍでは６２．３％であり、３００ｎｍと５００ｎｍのいずれの場合も高い透過率を示した。さらに、抵抗率は３．７２×１０−５Ω・ｃｍであり、低い抵抗率を示した。
これらの実施例の結果を表１に示す。
また、実施例で得られた透明導電薄膜の抵抗率と波長３００ｎｍ、５００ｎｍおよび８００ｎｍの光の透過率との関係をそれぞれ図１〜図３に示す。なお、図１〜図３には、典型的なＩＴＯからなる酸化物透明導電膜の透過率と抵抗率の関係も示している。
Claims (7)
- 銀を含む金属薄膜からなり、体積抵抗率が１０−４Ω・ｃｍ以下であり、波長３００ｎｍと波長５００ｎｍとピーク波長のいずれかの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする、透明導電薄膜。
- 波長７００ｎｍおよび８００ｎｍの少なくとも一方の光の透過率が６０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の透明導電薄膜。
- 前記ピーク波長の光の透過率が８０％以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の透明導電薄膜。
- 前記金属薄膜が、さらに銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電薄膜。
- 前記金属薄膜中の前記銅、亜鉛およびインジウムからなる群から選ばれる１種以上の含有量が１０体積％以下であることを特徴とする、請求項４に記載の透明導電薄膜の製造方法。
- 前記金属薄膜の厚さが５〜２０ｎｍであることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の透明導電薄膜。
- 前記金属薄膜の厚さが５〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の透明導電薄膜。
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Citations (8)
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