高純度なIGZOを安価で簡単に作製する方法

高純度なIGZOを安価で
を安価で
高純度な
簡単に作製する方法
国立大学法人室蘭工業大学
もの創造系領域
教授世利修美
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従来技術とその問題点
具体的な情報は不明であるが、
In2O3,Ga2O3,ZnOの混合物を1500℃以上で
長時間焼成する方法
エネルギー消費が大きく、また焼結体の結晶
粒の粗大化や機械的強度の低下が起こる
等の問題がる。
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背景
ＩｎＧａＺｎＯ４
スマートフォンや液晶ディスプレイに使用
３種の金属In,Ga,Znからなる複合酸化物
主に固相法で作製されている
腐食合成法で作製する
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目的
一般的な製造方法
問題点
固相法
液相法
金属酸化物を混合し焼成
省エネ、長時間等
腐食合成法
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用いた金属と薬品
(99.99% In)
(99.99% Ga)
(99.9% Zn)
用いる薬品の純度で
IGZOの純度が決まる。
(60% HNO3)
(99% 8-hq)
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腐食合成法の３つの例
溶解
pH調整
洗浄
乾燥
焼成
①HCl +NaOH
HCl
5ml
In,Ga,Zn
各8.7mmol
NaOH
適量
1200℃
②HNO3 +NaOH
HNO3
10ml
In,Ga,Zn
各8.7mmol
NaOH
適量
1200℃
③HNO3 +8
8-ＨＱ
HNO3
10ml
In,Ga,Zn
各0.87mmol
8-HQ
50g
1200℃
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３つの実施例の結果
焼成温度：1200℃
●InGaZnO4
●ZnGa2O4
Intensity, I arbitrary units
①6000
HCl +NaOH
4000
●InGaZnO4
●NaO2
②HNO3 +NaOH
2000
③HNO3 +8
8-ＨＱ
0
20
●InGaZnO4
30
40
50
60
Scattering angle,2θ / degree
70
80
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8-hqを用いた
を用いたIGZO作製のフローチャート
作製のフローチャート
を用いた
① 硝酸(10 ml)中にIn(0.1023 g), Ga(0.0620
g), Zn(0.0565 g)を投入し，約313 Kで86.4
ks間加熱撹拌を行い、完全に溶解した．
② その後，50 mlのイオン交換水を投入し透
明な水溶液を得た．
③ さらにhq粉末47 g(900 s間隔で5 g)を溶液
に投入し86.4 ks間撹拌を行った．
④ 粉末を投入すると透明な溶液から粘性の
ある黄色の溶液に変化した．
⑤ 得られた液体をろ紙によるろ過を行った
後、86.4 ks間風乾させ黄色の粉末を得た．
⑥ その後，各温度で焼成を行い白色の粉末
を得た．
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8-hqの特性
の特性
①ほとんどすべての金属イオンと安定なキレート錯体を形成する。
化合物
pKsp
適用pH範囲
色
In(hq)3
31.3
4～12
黄色
Ga(hq)3
32.1
3.1～11.5
黄色
Zn(hq)2・２H2O
24.3
4.6～13.6
緑黄色
（In、Ga、Zn複合酸化物ができるはず）
②8-hqは多くの金属イオンと反応するが選択性に乏しい。
（共沈反応が期待できる）
③8-hq（C9H7NO）は有機物として燃やすことができる。
（後処理としての精製処理が不要となる）
In(hq)3+Ga(hq)3+2Zn(hq)2・2H2O →
In2O3+Ga2O3+2ZnO +x(H2O+CO2+NO2) →
In2O3・Ga2O3・2ZnO → 2(InGaZnO4)
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作製風景
In,Ga,Zn金属をHNO3で溶解
8-hqを添加し錯体形成
錯体をろ過後、乾燥
乾燥錯体を1200度で焼成
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ＸＲＤ解析
4000
● ●
●
●
800℃〜1200℃において
3500
InGaZnO₄の結晶相が
確認された
Intensity, I/arbitrary units
3000
●
●
●
●
●
1000
●
●
●
●
● ● ●●
●
●
●
●
●
●
●●
●
●●
1000℃
●
●●
●
●
●
●●
800℃
500
0
20
1200℃
●●
●
●
2000
1500
ＳＥＭ観察
●
●
●
2500
InGaZnO4
600℃
40
60
80
縦軸 : X線強度
横軸 : 回折角
100
Scattering angle, 2θ /degree
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焼成粉末のＳＥＭ観察
焼成温度：1200℃
10μm
1μm
１μm前後の球形の粒⼦を確認した
葉状の形をした数⼗ミクロンの⼤きな粉末ができた
葉状の物質は球形粒⼦が合体したものである
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新技術の特徴・従来技術との比較
• 従来技術の問題点であった、省エネを改良す
ることができた。
• 主に固相法で作製されていたが、液相法の１つ
である腐食合成法を用いてIGZOを作製できる
ことができた。
• 腐食合成法は「混ぜる」、「煮る」、「焼く」と言っ
た簡単なプロセスであるため、高純度のIGZO
を安価に大量に生産できる。
• 本技術の適用により、生産コストはおよそ1/10
程度まで削減されることが期待される。
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想定される用途
本技術の特徴を生かすためには、
• 省エネタイプのIGZOの製造法として適用する
メリットが大きいと考えられる。
• また、IGZOの高純度化も期待される。
• 新しい無機合成法の1つとして腐食合成法に
着目すると、複酸化物ナノ材料やセラミックス
作製といったIGZO分野以外の分野に展開す
ることも可能と思われる。
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実用化に向けた課題
• IGZO粉末については、現在実験室的な作製
が可能なところまで確認済み。
• しかし、連続作製と言った大量生産の点は未
実施である。
• 今後、他成分添加のIGZOに適用していく場
合の条件設定を行っていく必要がある。
• 更なる高品質化に向けて、原料の品質(例え
ば薬品の純度化)を改善できるような技術を確
立する必要がある。
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企業への期待
• 未解決の大量生産に関しては、腐食防食学
の知識と錯体化学の技術により克服できると
考えている。
• IGZO紛体の特性評価の技術を持つ企業との
共同研究を希望する。
• 腐食合成法の開発とそのビジネス展開が可
能な企業との共同研究を行いたい。
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本技術に関する知的財産権
•
•
•
•
発明の名称：IGZOの作製
出願番号：特願2015-51882
出願人
：国立大学法人室蘭工業大学
発明者
：世利修美
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お問い合わせ先
お問い合わせ先
国立大学法人室蘭工業大学
コーディネーター宮澤邦夫
ＴＥＬ 0143－46 － 5863
ＦＡＸ 0143－46 － 5879
e-mail [email protected]
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