【公開日：2025.05.07】【最終更新日：2025.05.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22HK0078

利用課題名 / Title

固相結晶化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

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

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）-

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy,電子回折/Electron diffraction,原子薄膜/ Atomic thin film,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)

曲 勇作

所属名 / Affiliation

北海道大学 電子科学研究所

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

原田真吾,森有子,遠堂敬史,平井直美

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-302：電界放出形走査電子顕微鏡
HK-404：超高分解能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)

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[1]。本研究課題では、電子後方散乱回折法（EBSD）により、In₂O₃:H薄膜の結晶性を評価した。

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6.5 ×10⁻⁵から5.0 × 10⁻³ Paの範囲で制御した。次いで、PLD法によりIn₂O₃:H膜（膜厚：~50nm）をガラス基板上に室温成膜した。200℃アニール前後における膜の結晶性をEBSD（JSM-6500F）により評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

EBSD測定の結果、In₂O₃:H成膜時の背圧を増大することで、as-deposited膜が非晶質化し、その後のアニール処理により、結晶粒径が約3 μmまで増大していることがわかった。PLDによるIn₂O₃成膜時の背圧を増大することでIn₂O₃膜中に水素を導入することで低温における結晶化を阻害し、約200 ℃で異常粒成長させることでIn₂O₃:H結晶粒径を著しく増大できることが明らかとなった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

各背圧で成膜したIn₂O₃:H膜の200℃アニール後におけるEBSD像

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

[1] Y. Magari, T. Kataoka, W. Yeh, M. Furuta, Nature Communication, Vol.13（2022）p.p.1-8.

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. Prashant R. Ghediya, Reliable Operation in High‐Mobility Indium Oxide Thin Film Transistors, Small Methods, 9, (2024).
   DOI: doi.org/10.1002/smtd.202400578
   
2. Yuzhang Wu, High-mobility and high-reliability Zn-incorporated amorphous In₂O₃-based thin-film transistors, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 076504(2024).
   DOI: 10.35848/1347-4065/ad5ee6
   
3. Yuzhang Wu, Thermopower modulation analyses of effective channel thickness for Zn-incorporated In₂O₃-based thin-film transistors, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 126501(2024).
   DOI: 10.35848/1347-4065/ad971b
   

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, 上智大学 四谷キャンパス＋オンライン, 2023年3月15日
2. ゲディアプラシャント, 曲 勇作, 楊 卉, 張 雨橋, 松尾保孝, 太田裕道, “高背圧下PLDにより作製した高移動度In2O3薄膜を活性層とするTFT”, 第70回 応用物理学会 春季学術講演会, 上智大学 四谷キャンパス＋オンライン, 2023年3月15日
3. Yusaku Magari, Prashant Ghediya, Hui Yang, Yuqiao Zhang, Yasutaka Matsuo, and Hiromichi Ohta, "BASE PRESSURE CONTROLLED FABRICATION OF HIGH-MOBILITY IN2O3 THIN FILM TRANSISTORS", 2023 International Conference on Semiconductor Technology for Ultra Large Scale Integrated Circuits and Thin Film Transistors (ULSIC VS TFT 8), Otaru, Japan, May 14-18, 2023
4. Yusaku Magari and Hiromichi Ohta, "High-mobility thin-film transistors with polycrystalline In2O3:H channel deposited by pulsed laser deposition under highbase pressure", International Meeting on Information Display (IMID), Busan, Korea, August 22-25, 2023
5. Yusaku Magari, Prashant Ghediya, Hui Yang, Yuqiao Zhang, Yasutaka Matsuo, and Hiromichi Ohta, "High-mobility In2O3:H thin-film transistors by pulsed laser deposition under high-base pressure", The 4th Workshop on Functional Materials Science, Busan, Korea, June 18-21, 2023
6. Yusaku Magari, Prashant Ghediya, Hui Yang, Yuqiao Zhang, Yasutaka Matsuo, and Hiromichi Ohta, "High-mobility In2O3:H thin films and thin-film transistors deposited under varied base pressure by pulsed laser deposition", 2023 Asia- Pacific Workshop on Advanced Semiconductor Devices (AWAD 2023), Yokohama, Japan, July 10-11, 2023

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