安全かつ簡便に作れる高性能薄膜トランジスタ —水素ガス不要で、電界効果移動度は従来比10倍—

ポイント

• 水酸化インジウムを原料とすることで、薄膜中に安全かつ簡便に水素を導入。
• 危険な水素ガスや複雑な圧力制御工程を不要にし、従来法と同等性能を実現。
• 電界効果移動度約90 cm²/V·sを達成し、次世代ディスプレイ開発を加速。

概要

【背景】

近年、次世代ディスプレイ用薄膜トランジスタとして、水素を添加した酸化インジウム薄膜を活性層とする高性能素子が注目されています。水素添加酸化インジウム薄膜トランジスタは、現在のディスプレイに使用されている酸化インジウム・ガリウム・亜鉛（IGZO）を活性層とする薄膜トランジスタの約10倍の電界効果移動度を示します。しかし、水素は酸素と混合すると爆発の危険があるため、従来の水素ガスを用いた製造法には安全性の課題がありました。研究グループは2024年8月に、水素ガスを使わずに高性能薄膜トランジスタを実現しましたが（関連プレスリリース①）、その際には薄膜作製容器内の圧力を精密に制御する複雑な工程が必要でした。

【研究手法】

本研究では、酸化インジウム薄膜の原料として水素を含む「水酸化インジウム」を用いました（図1）。水酸化インジウム粉末を圧縮してタブレット状に成形し、真空容器内で紫外線レーザーを照射して蒸発させ、薄膜トランジスタ用の基板上に成膜しました（図2）。この際、従来必要だった複雑な圧力制御は行っていません。

【研究成果】

その結果、水素ガスを用いる方法や複雑な圧力制御を伴う方法と同等の性能を有する薄膜トランジスタの作製に成功しました（図3）。得られた酸化インジウム薄膜中の水素量は、これら従来法で得られる膜と同等であり、電界効果移動度は約90cm²/V·sを示しました。

【今後への期待】

本成果は、次世代ディスプレイ用薄膜トランジスタの安全かつ簡便な製造法の確立に大きく貢献するものであり、特許出願済です（「水素化酸化インジウム膜形成用のセラミックターゲットとその製造方法、およびセラミックターゲットを用いた薄膜トランジスタの製造方法」、特願2024-150613、2024年9月2日出願）。今後は、さらなるデバイス性能の向上と量産化プロセスの検討を進める予定です。

【謝辞】

本研究は、JSPS科研費 JP22K14303、JP22H00253、文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ JPMXP1223HK0082、JST SPRING JPMJSP2119 の助成を受けて実施しました。

【関連するプレスリリース】

北海道大学・高知工科大学共同プレスリリース「従来比10倍の性能を示す酸化物薄膜トランジスタを実現 —次世代の超大型有機ＥＬテレビ開発に必要不可欠なデバイス—」

発表日:2024年8月7日（水）

URL:https://www.hokudai.ac.jp/news/2024/08/10-14.html

論文情報

論文名

Indium Hydroxide Ceramic Targets: A Breakthrough in High-Mobility Thin-Film Transistor Technology（水酸化インジウムセラミックターゲット：高移動度薄膜トランジスタ技術のブレークスルー）

著者名

定平 光¹、ゲディア・プラシャント²、コン・ヒョンジュン¹、三浦 章³、松尾保孝²、太田裕道²、曲 勇作²（研究当時）（¹北海道大学大学院情報科学院、²北海道大学電子科学研究所、³北海道大学大学院工学研究院）

雑誌名

ACS Applied Electronic Materials（米国・化学協会の材料科学の専門誌）

DOI

10.1021/acsaelm.5c00829

公表日

2025年8月3日（日）（オンライン公開）

【参考図】