【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23HK0102

利用課題名 / Title

酸化インジウム薄膜の結晶性評価

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido Univ.

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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

薄膜、表面・界面、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡,電子顕微鏡/ Electronic microscope,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,集束イオンビーム/ Focused ion beam,X線回折/ X-ray diffraction,電子回折/ Electron diffraction,エレクトロデバイス/ Electronic device,電子顕微鏡/ Electronic microscope,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control

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)

古田 守

所属名 / Affiliation

高知工科大学 ナノテクノロジー研究所

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

曲　勇作

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

遠堂　敬史,松尾　保孝,森　有子,平井　直美,澤厚貴,内田悠

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

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

HK-107：量子・電子制御ナノマテリアル顕微物性測定装置
HK-401：収差補正走査型透過電子顕微鏡
HK-402：走査型透過電子顕微鏡
HK-403：集束イオンビーム加工装置
HK-302：電界放出形走査電子顕微鏡

報告書データ / Report

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

金属酸化物半導体はこれまで透明導電膜としてディスプレイや太陽電池に広く用いられてきた。我々はキャリア濃度を制御した半導体酸化物半導体を用いた高移動度薄膜トランジスタ（TFT）に関する研究を行っている。酸化インジウムは200℃程度の比較的低温で非晶質から多結晶への相転移（固相結晶化，SPC）が生じることが知られている。我々は酸化インジウム成膜時に水素をドープすることにより、結晶粒径の増大ならびにHall移動度の向上を確認している。今回、水素ドープした酸化インジウム薄膜の固相結晶化過程の観察により、結晶化過程の詳細、特に核形成密度に及ぼす影響を検討した。

実験 / Experimental

1) 結晶化メカニズムの解析においては設備ID：HK-302 電界放出形走査電子顕微鏡のEBSD分析機能を用い、熱処理時間を変化させた際の結晶粒径変化を観察し、水素ドーピングの有無による結晶核密度ならびに結晶粒径を評価した。
2) 上記1)で観察した膜を用いた薄膜トランジスタを作成し、MOS界面における結晶性を透過電子顕微鏡（STEM)高分解観察、制限視野電子線回折、EDSマッピングにより評価した（設備ID：HK-107, HK-401, HK-402, HK-403, HK-304）。

結果と考察 / Results and Discussion

実験1）水素添加有無による結晶核密度影響ならびに固相結晶化後の結晶粒径の時間変化を評価（Fig. 1）し、水素添加による結晶核密度の低減ならび結晶粒径の拡大を確認した。結晶粒径の拡大は電気特性（Hall移動度）の向上と対応していることも確認した。また固相結晶化の時間変化観察より、結晶核密度ならびに横方向結晶加速度を抽出し、詳細を論文化（DOI:10.35848/1347-4065/ad21ba）した。
実験2）多結晶酸化インジウムを活性層に用いたボトムゲート型薄膜トランジスタMOS界面の透過電子顕微鏡観察（Fig. 2）を通じ、界面に非晶質層の残存がなく膜厚方向全体に均一な結晶化が生じていることを確認した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 水素添加有無による酸化インジウム結晶状態の差 (a)-(c) 水素添加なし、(d)-(f)水素添加あり、(a)(d) as-deposited, (b)(e) 250℃昇温後保持時間なし、(c)(f)250℃昇温後保持時間3min

Fig. 2 固相結晶化酸化インジウム薄膜トランジスタ断面の(a)STEM像、(b)EDS元素マッピング、(c)高分解TEM像、(d)制限視野電子線回折像

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

サンプル加工ならびにTEM観察にご協力いただいた北海道大学 創成研究機構 ナノテクノロジー連携研究推進室 松尾 保孝様、遠堂 敬史様、森 有子様、平井 直美様、北海道大学工学研究院全学共同利用施設ナノ・マイクロマテリアル分析研究室の澤 厚貴様と内田 悠様に感謝致します。

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)

1. Xiaoqian Wang, Nucleation and grain growth in low-temperature rapid solid-phase crystallization of hydrogen-doped indium oxide, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 03SP38(2024).
   DOI: 10.35848/1347-4065/ad21ba
   

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

1. X. Wang et al., "Rapid Thermal Crystallization of H-doped InOx for Thin Film Transistors" SSDM2023, 5-8 Sep. 2023
2. X. Wang et al., "Rapid Thermal Crystallization of H-doped InOx for Thin Film Transistors" MRM2023, 11-16 Dec. 2023
3. M. Furuta, ”High-mobility polycrystalline indium oxide (InOx:H) thin-film transistors” ITC2024, 27-29 March 2024

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