【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0418

利用課題名 / Title

SIMSによる酸化インジウム薄膜中の水素濃度評価

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

多結晶酸化インジウム, In2O3:H膜, 電界効果移動度

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

曲 勇作

所属名 / Affiliation

北海道大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-038：二次イオン質量分析装置(D-SIMS)

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　我々は水素濃度を制御した多結晶酸化インジウム（In₂O₃:H）薄膜において、格子像が確認できる優れた結晶性を低温（～300℃）で実現しつつ、金属伝導から半導体伝導にキャリア濃度を制御する手法を見出した。本手法により形成したIn₂O₃:H膜を薄膜トランジスタのチャネル材料に応用したところ酸化物半導体にて世界最高の電界効果移動度139.2 cm²V^-1s^-1を実証した。
　本研究課題では、二次イオン質量分析法（SIMS）により、In₂O₃:H薄膜中の水素濃度を評価することで、キャリアの生成起源や欠陥補償・移動度向上メカニズムを検討する。

実験 / Experimental

　空気中の水分をIn₂O₃薄膜に導入する目的で、PLDチャンバーの背圧を7.5 × 10⁻⁵から1.0 × 10⁻³ Paの範囲で制御した。次いで、PLD法によりIn₂O₃膜（膜厚：~50 nm）をガラス基板上に室温成膜した。膜中水素量を【NPF038】二次イオン質量分析装置(D-SIMS) （ULVAC‐PHI ADEPT‐1010）により評価した。一次イオン源としてCs⁺イオンを用いた。

結果と考察 / Results and Discussion

　SIMS測定の結果、In₂O₃成膜時の背圧を増大することで水素二次イオン強度は増大し、In₂O₃膜中の水素量が増大していることが分かった。高背圧下で成膜したIn₂O₃膜では熱処理後に結晶粒径が大幅に増大していることから、成膜初期に膜中に取り込まれた水素が、熱処理後の結晶粒径増大に重要な役割を果たしていることが示唆された。
　今後、得られた結果とIn₂O₃膜物性やIn₂O₃ TFT特性との関係を調査し、移動度増大機構を明らかにする。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

　本研究の一部は科研費(22K14303), 文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」事業（JPMXP1222AT0418）の支援を受けた。SIMS測定では、AIST TIA NPF 大塚照久氏に御担当いただいた。   

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 曲勇作,ゲディアプラシャント,楊卉,張雨橋,松尾保孝,太田裕道, "高背圧下でのPLDによる高移動度In2O3薄膜作製", 第70回応用物理学会春季学術講演会（東京）, 2023年3月15日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件