絶縁膜の形成方法、絶縁膜付き基板、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】本発明は、簡素な手法を用いて、低コストで基板にダメージを与えることなく高品質の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法及びこれを用いた絶縁膜付き基板の製造方法、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板４０上に絶縁膜５０を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記基板上に、ナノ粒子１０を含む分散溶液３０を塗布する塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液に含まれる前記ナノ粒子を酸素雰囲気下に暴露する酸化工程と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】基板４０上に絶縁膜５０を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記基板上に、ナノ粒子１０を含む分散溶液３０を塗布する塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液に含まれる前記ナノ粒子を酸素雰囲気下に暴露する酸化工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜の形成方法、絶縁膜付き基板、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンデンサ、トランジスタ、発光素子等の電子デバイスに用いられる絶縁膜として、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）が知られている。Ｔａ２Ｏ５は、誘電率２０程度と比較的高いことから、コンデンサや薄膜トランジスタ、無機エレクトロルミネッセンス素子用の誘電体として利用されている。かかる五酸化タンタルの絶縁膜の形成方法としては、蒸着法やスパッタリンング法等の真空中での成膜方法や、一種の電気分解を利用した陽極酸化法や、ゾル−ゲル法による形成方法が知られている。
【０００３】
例えば、上述のゾル−ゲル法による絶縁膜の成膜方法として、原料物質のタンタルアルコキシドを加水分解させ、タンタルアルコキシドと水と塩酸を含む溶液をゾル溶液とし、このゾル溶液を基板上に塗布し、熱処理をする工程を繰返すことによって、絶縁膜を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９９２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の真空中での成膜方法は、真空装置を用いるため、装置の規模が大きくなってしまい、製造コストが増大するという問題があった。また、陽極酸化法は、金属Ｔａ上に酸化物の被膜を形成する成膜法であるため、金属Ｔａ上にしか絶縁膜を形成することができず、Ｔａ２Ｏ５の形成場所に制限があるという問題があった。
【０００６】
更に、上述の特許文献１に記載のゾル−ゲル法による成膜方法では、塩酸を用いるので、デバイス作製時には、基板や下地の金属等を腐食するおそれがあり、デバイスの基本性能の劣化を引き起こすおそれがあるという問題があった。また、ゾル−ゲル法では、原理的に水が必ず必要となるため、塗布する下地が酸化してダメージを受けてしまうという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明は、簡素な手法を用いて、低コストで基板にダメージを与えることなく高品質の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法、絶縁膜付き基板、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る絶縁膜の形成方法は、基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記基板上に、ナノ粒子を含む分散溶液を塗布する塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液に含まれる前記ナノ粒子を酸素雰囲気下に暴露する酸化工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
これにより、塗布と酸化という、簡素でかつ基板にダメージを与えない工程で基板上に絶縁膜を形成することができ、低コストで基板に悪影響を与えることなく高品質の絶縁膜を形成することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に係る絶縁膜の形成方法において、
前記塗布工程における前記分散溶液の塗布は、スピンコート法又は印刷法により行われることを特徴とする。
【００１１】
これにより、塗布工程を容易に行うことができ、塗布用の設備も簡素で低コストなものとすることができる。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る絶縁膜の形成方法において、
前記ナノ粒子は、金属ナノ粒子であることを特徴とする。
【００１３】
これにより、金属酸化膜から構成される絶縁酸化膜を基板上に形成することができ、電子デバイスに適した絶縁膜を形成することができる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明に係る絶縁膜の形成方法において、
前記金属ナノ粒子は、Ｔａであることを特徴とする。
【００１５】
これにより、誘電率が高く、種々の電子デバイスに好適なＴａの酸化膜を絶縁膜として利用することができる。
【００１６】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法を複数回繰り返し、所望の厚さの絶縁膜を前記基板上に形成することを特徴とする。
【００１７】
これにより、厚い絶縁膜を得ることが可能となり、厚い絶縁膜の形成が必要な電子デバイスや製造プロセスにも対応することができる。
【００１８】
第６の発明に係る絶縁膜付き基板は、基板と、
第１〜５のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法により該基板上に形成された絶縁膜を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、絶縁膜の形成が必要な種々の基板について、用途に応じた絶縁膜を備えた絶縁膜付き基板とすることができる。
【００２０】
第７の発明に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、透明導電膜が形成された透明基板を用意する工程と、
第１〜５のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法を用いて、前記透明基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
該第１の絶縁膜上に、発光層を形成する工程と、
第１〜５のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法を用いて、前記発光層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上に、電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
これにより、簡素な工程で安価に、発光層や透明導電膜にダメージを与えることなく、高品質の無機エレクトロルミネッセンス素子を製造することが可能となる。
【００２２】
第８の発明に係る無機エレクトロルミネッセンス素子は、第７の発明に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、低電圧で動作する省電力で高品質な無機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、下地に悪影響を与えることなく絶縁膜を簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１に係る絶縁膜の形成方法に用いられるナノ粒子の分散溶液の一例を示した図である。
【図２】実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の塗布工程の一例を示した図である。
【図３】実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の酸化工程の一例を示した図である。
【図４】絶縁膜５０が基板４０上に形成された状態を示した図である。
【図５】塗布工程を印刷法により行った場合の酸化工程の一例を示した図である。
【図６】実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法の一例を示した図である。図６（Ａ）は、透明基板用意工程の一例を示した図である。図６（Ｂ）は、第１の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。図６（Ｃ）は、発光層形成工程の一例を示した図である。図６（Ｄ）は、第２の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。図６（Ｅ）は、電極形成工程の一例を示した図である。
【図７】実施例２に係る製造方法で作製された無機エレクトロルミネッセンス素子とスパッタ法で作製された無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２７】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る絶縁膜の形成方法に用いられるナノ粒子の分散溶液の一例を示した図である。分散溶液３０は、ナノ粒子１０と、溶媒２０とを含み、溶媒２０中に、ナノ粒子１０が分散した状態で存在する。よって、分散溶液３０は、ビーカ等の容器１００に収容されて用意される。
【００２８】
ナノ粒子１０は、直径がナノメートルオーダーの粒子してあり、数ｎｍから数１００ｎｍの粒子径をとり得る。例えば、３０〜６０ｎｍ程度の粒子径であってもよい。また、ナノ粒子１０は、酸化されることにより、酸化膜を形成しうる種々の材料が適用され得るが、例えば、金属ナノ粒子であってもよい。金属は、酸化され易い金属であれば、種々の金属が適用され得るが、例えば、タンタル（Ｔａ）であってもよい。Ｔａは、酸化されると、Ｔａ２Ｏ５等の金属酸化膜を形成し、絶縁膜となる。また、金属Ｔａナノ粒子は、非常に反応性が高いため、酸素雰囲気下で直ちに酸化物の絶縁物になる性質を有するので、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法に好適に適用され得る。
【００２９】
溶媒２０は、種々の溶媒を用いることができるが、例えば、有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒を用いることにより、塗布する下地の酸化を防ぐことができ、下地の基板や層にダメージを与えないようにすることができる。この点、水を必用とするゾル−ゲル法とは大きく異なる。なお、有機溶媒は、用途に応じた種々の有機溶媒を用いるようにしてよいが、例えば、ヘキサンを溶媒２０として用いてもよい。
【００３０】
次に、図２乃至図４を用いて、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の各工程について、具体的に説明する。図２乃至図４は、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の各工程の一例を示した図である。
【００３１】
図２は、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の塗布工程の一例を示した図である。実施形態１においては、スピンコータ１１０を用いて、塗布工程を行う例について説明する。
【００３２】
図２において、スピンコータ１１０は、ノズル１１１と、ステージ１１２とを備える。ステージ１１２上には、絶縁膜が形成される基板４０が載置される。ステージ１１２は、真空チャックやメカチャック等の基板固定手段を備えてよい。また、ステージ１１２は、回転可能に構成される。ステージ１１２は、図２においては、基板４０よりも表面の面積が小さいものが用いられているが、基板４０よりも面積の大きいステージ１１２が用いられてもよい。また、基板４０の上方には、ノズル１１１が設けられる。ノズル１１１は、基板４０上の任意の位置に設けられてよいが、例えば、基板４０の中心と一致するように設けられてもよい。
【００３３】
塗布工程においては、ノズル１１１から、基板４０の表面上に、分散溶液３０が供給される。図２においては、ノズル１１１が基板４０の中心上に設けられ、中心から供給された分散溶液３０が、徐々に外側に広がっていく状態が示されている。このように、塗布工程においては、基板４０上に、ナノ粒子１０を含む分散溶液３０が供給されて、基板４０の表面上に塗布される。よって、塗布工程では、ナノ粒子１０が、周囲に溶媒２０が存在する状態で、基板４０の表面上に供給された状態となる。
【００３４】
図３は、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の酸化工程の一例を示した図である。酸化工程では、ステージ１１２が回転することにより、ステージ１１２に支持された基板４０が回転し、溶媒２０を振り切って基板４０上から除去している。これにより、分散溶液３０内のナノ粒子１０は、酸素雰囲気下に暴露され、酸化される。例えば、ナノ粒子１０がＴａの場合には、酸化雰囲気下に曝されると、直ちに酸化するため、容易に金属酸化膜Ｔａ２Ｏ５となり、絶縁膜が基板４０上に形成される。
【００３５】
なお、酸素雰囲気下へのナノ粒子１０の暴露は、酸素を積極的に供給することにより行ってもよいし、単に空気中で酸化工程を行い、空気中の酸素にナノ粒子１０が暴露されることにより行われてもよい。図３においては、単に大気中でステージ１１２を回転させることにより酸化工程を実行しているので、極めて簡素な設備及び環境で、絶縁膜を形成することができる。
【００３６】
図４は、絶縁膜５０が基板４０上に形成された状態を示した図である。基板４０の表面全体に、絶縁膜５０が形成されている。
【００３７】
このように、実施形態１に係る絶縁膜５０の形成方法においては、基板４０上にナノ粒子１０を含む分散溶液３０を供給して塗布する塗布工程と、分散溶液３０から溶媒２０を除去してナノ粒子１０を酸素に暴露させる酸化工程とにより、簡便に絶縁膜５０を基板４３０上に形成することができる。
【００３８】
なお、図２乃至図４においては、スピンコート法により絶縁膜５０を形成する例を挙げて説明したが、例えば、インクジェット法、静電スプレー法、転写法等を含む印刷法により、塗布工程を行うようにしてもよい。塗布工程においては、分散溶液３０を基板４０の表面上に供給できればよいので、上述の印刷法によっても、目的を達成することができる。
【００３９】
なお、塗布工程を印刷法により行った場合、酸化工程は、加熱により基板４０を乾燥させて行うようにしてもよい。
【００４０】
図５は、塗布工程を印刷法により行った場合の酸化工程の一例を示した図である。図５において、基板４０が、加熱手段１２０に収容されている。加熱手段１２０は、例えば、加熱炉のように、基板４０を容器内に収容して加熱を行う手段であってもよい。加熱手段１２０内には、基板支持手段１２１が設けられ、表面上に分散溶液３０が塗布された基板４０が支持される。上下には、ヒータ１２２、１２３が設けられ、基板４０を加熱し、分散溶液３０中の溶媒２０を蒸発させる。これにより、分散溶液３０内のナノ粒子１０は、空気中に暴露され、酸化されて酸化膜となる。
【００４１】
このように、塗布工程を印刷法により行った場合には、基板４０を加熱して分散溶液３０の溶媒２０を蒸発させることにより行ってもよい。これにより、用途に応じて種々の方法により絶縁膜５０を基板４０上に形成することが可能となる。
【００４２】
なお、印刷法を用いた場合であっても、基板４０の乾燥が容易な状態であれば、加熱を行わずに、自然乾燥により酸化工程を実行してもよい。例えば、上述の静電スプレー法により塗布工程を実施した場合には、分散溶液３０の液膜が非常に薄い状態で基板４０上に塗布される場合が多いので、スプレー塗布後にすぐ乾燥し、何も行わずに自然乾燥により酸化工程が自動的に行われる場合もあり得る。このような場合には、基板４０を酸素雰囲気下に置くことのみにより、酸化工程を行ってもよい。
【００４３】
このように、種々の方法を用いて、実施形態１に係る絶縁膜５０の形成方法を実行することができ、基板４０上に簡便に、基板４０に損傷を与えることなく絶縁膜５０を形成することができる。
【００４４】
また、酸化工程の後、加熱工程を設けるようにしてもよい。加熱工程は、半導体プロセスにおけるアニールと同様で、絶縁膜５０の品質を向上させるために、必要に応じて行うようにしてよい。例えば、絶縁膜５０を基板４０上に形成後、基板４０を加熱して焼成することにより、絶縁膜５０の基板４０への密着性を高めたり、絶縁膜５０の均一性を高めたりすることができる。よって、本実施形態に係る絶縁膜５０の形成方法においても、絶縁膜５０の膜質を高めるために、加熱工程を設けるようにしてもよい。
【００４５】
なお、加熱工程は、例えば、図５において説明したのと同様に、例えば、加熱炉のような容器収容型の加熱手段１２０を用いて、ヒータ１２２、１２３により加熱を行うようにしてもよい。加熱工程の加熱の方法は、種々の加熱方法を適用することができる。また、加熱工程における加熱の温度は、用途に応じて種々設定してよいが、例えば、１５０〜５５０℃の範囲に設定してもよい。
【００４６】
また、塗布工程、酸化工程及び必要に応じて行う加熱工程は、複数回繰返して行うようにしてもよい。複数回、これらの一例の絶縁膜形成工程を繰返すことにより、絶縁膜５０の厚さが増してゆき、所望の厚さの絶縁膜５０を基板４０上に形成することができる。これにより、用途に応じた適切な絶縁膜４０を得ることが可能となる。
【００４７】
また、実施形態１においては、基板４０上に絶縁膜５０を形成する方法として一連の工程を説明したが、これは、絶縁膜付き基板４０の製造方法と考えてもよい。近年、電子デバイスの製造工程は細分化し、絶縁膜付き基板４０を製造し、これを出荷する場合も考えられる。よって、実施形態１において説明した絶縁膜５０の形成方法は、絶縁膜付き基板４０の製造方法と捉えてもよい。
【００４８】
〔実施例１〕
次に、実施形態１に係る絶縁膜５０の形成方法の実施例について説明する。図２乃至図４において説明したように、スピンコータ１１０を用いて基板４０上への絶縁膜５０の形成を行った。実施例１においては、新たな図面は用いずに説明を行うが、図２乃至図４に対応する工程を各々行っているので、必要に応じて図２乃至図４を参照する。なお、図２乃至図５に対応する構成要素については、同一の参照符号を付して説明を行うこととする。
【００４９】
実施例１においては、絶縁膜５０のコーティング材料として、Ｔａの金属ナノ粒子１０が分散された分散溶液３０を用いた。使用した分散溶液３０の溶媒２０はヘキサンであり、Ｔａナノ粒子１０の濃度は５ｗｔ％であった。また、使用したナノ粒子１０の平均粒子径は、約４０ｎｍであった。このＴａナノ粒子１０を含む分散溶液３０を、透明導電膜であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide、酸化インジウムスズ）を約２００ｎｍ成膜したガラス基板４０上にノズル１１１から供給して塗布し、図２で説明した塗布工程を行った。その後、スピンコート法にて大気中で８００ｒｐｍ、１分間というコート条件でスピン回転を行い、図３において説明した酸化工程を行った。
【００５０】
金属Ｔａナノ粒子１０は、非常に反応性が高いため、スピンコートにより溶媒２０を飛ばした後には、酸素雰囲気下で直ちに酸化物の絶縁膜５０となった。つまり、図４において説明したような、絶縁膜５０付き基板４０が得られた。スピンコートの直後の塗布膜上の抵抗値をテスタにて測定したところ、＞１ＭΩの高抵抗となったことから、絶縁膜５０が形成されていることが確認された。
【００５１】
その後、図５において説明したように、大気中にて基板４０を４８０℃に加熱し、焼成を行った。本実施例では、この工程を３回繰返すことによって、６４１ｎｍの厚さの絶縁膜４０を得た。なお、分散溶液３０中のＴａナノ粒子１０の濃度をコントロールしたり、塗布と乾燥（加熱）の工程を繰返したりすることにより、任意の厚さの絶縁膜４０を形成することができる。このようにして作製した絶縁薄膜５０を、光学顕微鏡及び電子顕微鏡にて表面観察を行ったところ、クラックの無い連続的な絶縁膜５０であることが確認された。
【００５２】
次に、形成した絶縁膜５０上にアルミニウム（Ａｌ）電極をスパッタ法にて堆積させた。作製した絶縁膜５０の誘電特性を評価するため、Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路を用いて、ＩＴＯ電極とＡｌ電極間に周波数１ｋＨｚの正弦波交流電圧を印加し、特性を測定した。測定の領域は、３．５×４．５ｍｍ２とした。測定の結果、作製した絶縁膜５０の誘電率は、約８０であった。また、絶縁耐圧は、１×１０８Ｖ／ｍであった。この値は、スパッタ法等の従来の成膜法により形成したＴａ２Ｏ５絶縁膜よりも高い誘電率であり、絶縁耐圧はほぼ同程度であった。
【００５３】
このように、本実施例に係る絶縁膜５０の形成方法によれば、従来の真空中で行う複雑な成膜方法よりも簡便な方法でありながら、従来の絶縁膜よりも高品質な絶縁膜を形成できることが分かる。
【００５４】
〔実施形態２〕
図６は、本発明の実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法の一例を示した図である。実施形態２においては、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法を用いて、無機エレクトロルミネッセンス素子を製造する無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法について説明する。
【００５５】
図６（Ａ）は、実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法の透明基板用意工程の一例を示した図である。無機エレクトロルミネッセンス素子を製造する場合、ガラス基板等の透明基板４１上に素子を形成してゆく。図６（Ａ）においては、透明基板４１上に、透明導電膜６０が形成されている。このように、無機エレクトロルミネッセンス素子を製造する場合には、ガラス基板等の透明基板４１上にまず、透明導電膜６０を形成し、透明導電膜６０付きの透明基板４１を用意する。なお、透明導電膜６０は、例えば、上述のＩＴＯが用いられてもよい。透明導電膜６０の厚さは、例えば、数１００ｎｍであってもよい。また、透明基板４１は、ガラス基板の他、プラスチック等の樹脂製の基板が適用されてもよい。
【００５６】
図６（Ｂ）は、第１の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。第１の絶縁膜形成工程においては、導電膜付き透明基板４１の上に、第１の絶縁膜５１を形成する。第１の絶縁膜の形成方法は、実施形態１において説明した、塗布工程と酸化工程を有する絶縁膜の形成方法により行う。これにより、下地の導電膜６０に損傷を与えることなく、高品質な第１の絶縁膜５１を簡便に形成することができる。第１の絶縁膜５１は、種々のナノ粒子１０の酸化物で構成されてよく、例えば、Ｔａ等の金属酸化物から構成されてもよい。
【００５７】
また、所望の厚さの第１の絶縁膜５１を得るために、一連の絶縁膜形成工程が、複数回繰返されてもよい。第１の絶縁膜５１は、例えば、透明導電膜６０の厚さの２〜４倍程度の厚さに形成されてもよい。
【００５８】
図６（Ｃ）は、発光層形成工程の一例を示した図である。発光層形成工程においては、第１の絶縁膜５１の上に、発光層７０が形成される。発光層７０は、種々の材料が用いられてよいが、例えば、ＺｎＳ（硫化亜鉛）に少量のＭｎ（マンガン）をドープしたＺｎＳ：Ｍｎが用いられてもよい。発光層７０の厚さは、例えば、第１の絶縁層５１よりもやや薄く、第１の絶縁層５１の７０〜９０％程度の厚さに形成されてもよい。発光層７０は、種々の方法により形成されてよいが、例えば、蒸着法により発光層７０が堆積して形成されてもよい。
【００５９】
図６（Ｄ）は、第２の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。第２の絶縁膜形成工程においては、発光層７０の上に、第２の絶縁膜５２を形成する。第２の絶縁膜５２は、例えば、第１の絶縁膜５１と同じ条件、つまり同じ材料、同じ厚さで、同じ形成方法により形成されてもよい。
【００６０】
図６（Ｅ）は、電極形成工程の一例を示した図である。電極形成工程においては、第２の絶縁膜５２の上に、電極８０を形成する。電極８０は、連続した膜ではなく、離散的に、画素を形成するように、例えば、水平面上に格子状に複数の平行な直線が交わるように形成されてもよい。図６（Ｅ）においては、一方の側面から見た状態における電極８０の配列の一例が示されている。電極８０は、アルミニウムや銅等の、配線金属が用いられてよい。形成方法は、種々の形成方法が利用されてもよいが、例えば、スパッタ法により形成されてもよい。
【００６１】
このように、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法を、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に適用することにより、絶縁膜５１、５２を簡便に、かつ高品質で、下地にダメージを与えずに形成することができ、高品質の無機エレクトロルミネッセンス素子を、簡便に、低コストで製造することができる。
【００６２】
なお、図６（Ｅ）に示すように、電極８０と透明導電膜６０との間に交流電源９０により交流電圧が印加されることにより、無機エレクトロルミネッセンスは発光する。
【００６３】
〔実施例２〕
次に、実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法の実施例を説明する。実施例２においても、実施例１と同様に、実施形態１及び実施形態２と対応する構成要素には、実施形態２と同様の参照符号を付して説明を行う。
【００６４】
実施例２においては、実施形態２において説明したのと同様の製造方法により、２重絶縁型構造の無機エレクトロルミネッセンス素子が試作された。発光層７０には、Ｍｎを０．５ｍｏｌ％ドープしたＺｎＳ（ＺｎＳ：Ｍｎ）を用いた。
【００６５】
まず、透明導電膜６０であるＩＴＯを約２００ｎｍ成膜したガラス基板４１上に、Ｔａナノ粒子１０を含む分散溶液３０をノズル１１１から塗布した。次いで、スピンコート法により、大気中で８００ｒｐｍ、１分間というコート条件でステージ１１２を回転させた。その後、大気中にてガラス基板４１を４８０℃に加熱し、焼成を行った。この工程を３回繰り返し、約６００ｎｍの厚みの第１の絶縁膜５１を形成した。これは、図６（Ｂ）において説明した第１の絶縁膜形成工程に相当する。
【００６６】
その後、第１の絶縁膜５１上に発光層７０としてＺｎＳ：Ｍｎを蒸着法により、基板温度４００℃にて約５００ｎｍ堆積した。これは、図６（Ｃ）において説明した発光層形成工程に相当する。
【００６７】
次に、発光層７０上に、透明導電膜６０上の第１の絶縁層５１と同じ条件で、第２の絶縁膜５２を形成した。これは、図６（Ｄ）において説明した第２の絶縁膜形成工程に相当する。
【００６８】
最後に、第２の絶縁膜５２上に、Ａｌ電極８０をスパッタ法により形成し、無機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。これは、図６（Ｅ）において説明した電極形成工程に相当する。
【００６９】
図７は、実施例２に係る製造方法により作製されたＴａ酸化物薄膜を用いた無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性と、比較参考例としてスパッタ法により作製されたＴａ酸化物薄膜を用いた無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を示した図である。図７において、横軸は印加電圧〔Ｖｐｐ〕、縦軸は輝度〔ｃｄ／ｍ２〕を示している。図７においては、両方の無機エレクトロルミネッセンス素子に、周波数１ｋＨｚの正弦波交流を印加して測定された発光特性が示されている。
【００７０】
比較参考例のスパッタ法により形成した絶縁膜の厚さは、約３００ｎｍであった。発光層は、Ｍｎを０．５ｍｏｌ％ドープしたＺｎＳ：Ｍｎを、蒸着法により基板温度４００℃にて約３００ｎｍ堆積して形成した。
【００７１】
図７に示すように、発光開始電圧は、スパッタ法による無機エレクトロルミネッセンス素子は約２３０〔Ｖｐｐ〕であるのに対し、実施例２に係る塗布法による無機エレクトロルミネッセンス素子は約１５０〔Ｖｐｐ〕であり、塗布法による発光開始電圧の方が低い。また、駆動電圧についても、スパッタ法による無機エレクトロルミネッセンス素子が２４０〜２６０〔Ｖｐｐ〕程度であるのに対し、実施例２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子は１７０〜１８０〔Ｖｐｐ〕程度であり、実施例２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の方が低くなっている。これは、本実施例に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法により製造された無機エレクトロルミネッセンス素子の絶縁膜５１、５２の誘電率が高いことを示している。
【００７２】
このように、実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法によれば、誘電率が高い絶縁膜５１、５２を有し、低電圧で動作する電力効率が高い無機エレクトロルミネッセンス素子を製造することができる。
【００７３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、絶縁膜を含むコンデンサ、トランジスタ、発光素子等の電子デバイス及びそれらの基板、並びにそれらの製造プロセスに利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０ ナノ粒子
２０ 溶媒
３０ 分散溶液
４０、４１ 基板
５０、５１、５２ 絶縁膜
６０ 透明導電膜
７０ 発光層
８０ 電極
９０ 交流電源
１００ 容器
１１０ スピンコータ
１１１ ノズル
１１２ ステージ
１２０ 加熱手段
１２１ 支持手段
１２２、１２３ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜の形成方法、絶縁膜付き基板、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンデンサ、トランジスタ、発光素子等の電子デバイスに用いられる絶縁膜として、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）が知られている。Ｔａ２Ｏ５は、誘電率２０程度と比較的高いことから、コンデンサや薄膜トランジスタ、無機エレクトロルミネッセンス素子用の誘電体として利用されている。かかる五酸化タンタルの絶縁膜の形成方法としては、蒸着法やスパッタリンング法等の真空中での成膜方法や、一種の電気分解を利用した陽極酸化法や、ゾル−ゲル法による形成方法が知られている。
【０００３】
例えば、上述のゾル−ゲル法による絶縁膜の成膜方法として、原料物質のタンタルアルコキシドを加水分解させ、タンタルアルコキシドと水と塩酸を含む溶液をゾル溶液とし、このゾル溶液を基板上に塗布し、熱処理をする工程を繰返すことによって、絶縁膜を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９９２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の真空中での成膜方法は、真空装置を用いるため、装置の規模が大きくなってしまい、製造コストが増大するという問題があった。また、陽極酸化法は、金属Ｔａ上に酸化物の被膜を形成する成膜法であるため、金属Ｔａ上にしか絶縁膜を形成することができず、Ｔａ２Ｏ５の形成場所に制限があるという問題があった。
【０００６】
更に、上述の特許文献１に記載のゾル−ゲル法による成膜方法では、塩酸を用いるので、デバイス作製時には、基板や下地の金属等を腐食するおそれがあり、デバイスの基本性能の劣化を引き起こすおそれがあるという問題があった。また、ゾル−ゲル法では、原理的に水が必ず必要となるため、塗布する下地が酸化してダメージを受けてしまうという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明は、簡素な手法を用いて、低コストで基板にダメージを与えることなく高品質の絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法、絶縁膜付き基板、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法及び無機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る絶縁膜の形成方法は、基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記基板上に、ナノ粒子を含む分散溶液を塗布する塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液に含まれる前記ナノ粒子を酸素雰囲気下に暴露する酸化工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
これにより、塗布と酸化という、簡素でかつ基板にダメージを与えない工程で基板上に絶縁膜を形成することができ、低コストで基板に悪影響を与えることなく高品質の絶縁膜を形成することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に係る絶縁膜の形成方法において、
前記塗布工程における前記分散溶液の塗布は、スピンコート法又は印刷法により行われることを特徴とする。
【００１１】
これにより、塗布工程を容易に行うことができ、塗布用の設備も簡素で低コストなものとすることができる。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る絶縁膜の形成方法において、
前記ナノ粒子は、金属ナノ粒子であることを特徴とする。
【００１３】
これにより、金属酸化膜から構成される絶縁酸化膜を基板上に形成することができ、電子デバイスに適した絶縁膜を形成することができる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明に係る絶縁膜の形成方法において、
前記金属ナノ粒子は、Ｔａであることを特徴とする。
【００１５】
これにより、誘電率が高く、種々の電子デバイスに好適なＴａの酸化膜を絶縁膜として利用することができる。
【００１６】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法を複数回繰り返し、所望の厚さの絶縁膜を前記基板上に形成することを特徴とする。
【００１７】
これにより、厚い絶縁膜を得ることが可能となり、厚い絶縁膜の形成が必要な電子デバイスや製造プロセスにも対応することができる。
【００１８】
第６の発明に係る絶縁膜付き基板は、基板と、
第１〜５のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法により該基板上に形成された絶縁膜を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、絶縁膜の形成が必要な種々の基板について、用途に応じた絶縁膜を備えた絶縁膜付き基板とすることができる。
【００２０】
第７の発明に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、透明導電膜が形成された透明基板を用意する工程と、
第１〜５のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法を用いて、前記透明基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
該第１の絶縁膜上に、発光層を形成する工程と、
第１〜５のいずれかの発明に係る絶縁膜の形成方法を用いて、前記発光層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上に、電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
これにより、簡素な工程で安価に、発光層や透明導電膜にダメージを与えることなく、高品質の無機エレクトロルミネッセンス素子を製造することが可能となる。
【００２２】
第８の発明に係る無機エレクトロルミネッセンス素子は、第７の発明に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、低電圧で動作する省電力で高品質な無機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、下地に悪影響を与えることなく絶縁膜を簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１に係る絶縁膜の形成方法に用いられるナノ粒子の分散溶液の一例を示した図である。
【図２】実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の塗布工程の一例を示した図である。
【図３】実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の酸化工程の一例を示した図である。
【図４】絶縁膜５０が基板４０上に形成された状態を示した図である。
【図５】塗布工程を印刷法により行った場合の酸化工程の一例を示した図である。
【図６】実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法の一例を示した図である。図６（Ａ）は、透明基板用意工程の一例を示した図である。図６（Ｂ）は、第１の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。図６（Ｃ）は、発光層形成工程の一例を示した図である。図６（Ｄ）は、第２の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。図６（Ｅ）は、電極形成工程の一例を示した図である。
【図７】実施例２に係る製造方法で作製された無機エレクトロルミネッセンス素子とスパッタ法で作製された無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２７】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る絶縁膜の形成方法に用いられるナノ粒子の分散溶液の一例を示した図である。分散溶液３０は、ナノ粒子１０と、溶媒２０とを含み、溶媒２０中に、ナノ粒子１０が分散した状態で存在する。よって、分散溶液３０は、ビーカ等の容器１００に収容されて用意される。
【００２８】
ナノ粒子１０は、直径がナノメートルオーダーの粒子してあり、数ｎｍから数１００ｎｍの粒子径をとり得る。例えば、３０〜６０ｎｍ程度の粒子径であってもよい。また、ナノ粒子１０は、酸化されることにより、酸化膜を形成しうる種々の材料が適用され得るが、例えば、金属ナノ粒子であってもよい。金属は、酸化され易い金属であれば、種々の金属が適用され得るが、例えば、タンタル（Ｔａ）であってもよい。Ｔａは、酸化されると、Ｔａ２Ｏ５等の金属酸化膜を形成し、絶縁膜となる。また、金属Ｔａナノ粒子は、非常に反応性が高いため、酸素雰囲気下で直ちに酸化物の絶縁物になる性質を有するので、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法に好適に適用され得る。
【００２９】
溶媒２０は、種々の溶媒を用いることができるが、例えば、有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒を用いることにより、塗布する下地の酸化を防ぐことができ、下地の基板や層にダメージを与えないようにすることができる。この点、水を必用とするゾル−ゲル法とは大きく異なる。なお、有機溶媒は、用途に応じた種々の有機溶媒を用いるようにしてよいが、例えば、ヘキサンを溶媒２０として用いてもよい。
【００３０】
次に、図２乃至図４を用いて、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の各工程について、具体的に説明する。図２乃至図４は、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の各工程の一例を示した図である。
【００３１】
図２は、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の塗布工程の一例を示した図である。実施形態１においては、スピンコータ１１０を用いて、塗布工程を行う例について説明する。
【００３２】
図２において、スピンコータ１１０は、ノズル１１１と、ステージ１１２とを備える。ステージ１１２上には、絶縁膜が形成される基板４０が載置される。ステージ１１２は、真空チャックやメカチャック等の基板固定手段を備えてよい。また、ステージ１１２は、回転可能に構成される。ステージ１１２は、図２においては、基板４０よりも表面の面積が小さいものが用いられているが、基板４０よりも面積の大きいステージ１１２が用いられてもよい。また、基板４０の上方には、ノズル１１１が設けられる。ノズル１１１は、基板４０上の任意の位置に設けられてよいが、例えば、基板４０の中心と一致するように設けられてもよい。
【００３３】
塗布工程においては、ノズル１１１から、基板４０の表面上に、分散溶液３０が供給される。図２においては、ノズル１１１が基板４０の中心上に設けられ、中心から供給された分散溶液３０が、徐々に外側に広がっていく状態が示されている。このように、塗布工程においては、基板４０上に、ナノ粒子１０を含む分散溶液３０が供給されて、基板４０の表面上に塗布される。よって、塗布工程では、ナノ粒子１０が、周囲に溶媒２０が存在する状態で、基板４０の表面上に供給された状態となる。
【００３４】
図３は、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法の酸化工程の一例を示した図である。酸化工程では、ステージ１１２が回転することにより、ステージ１１２に支持された基板４０が回転し、溶媒２０を振り切って基板４０上から除去している。これにより、分散溶液３０内のナノ粒子１０は、酸素雰囲気下に暴露され、酸化される。例えば、ナノ粒子１０がＴａの場合には、酸化雰囲気下に曝されると、直ちに酸化するため、容易に金属酸化膜Ｔａ２Ｏ５となり、絶縁膜が基板４０上に形成される。
【００３５】
なお、酸素雰囲気下へのナノ粒子１０の暴露は、酸素を積極的に供給することにより行ってもよいし、単に空気中で酸化工程を行い、空気中の酸素にナノ粒子１０が暴露されることにより行われてもよい。図３においては、単に大気中でステージ１１２を回転させることにより酸化工程を実行しているので、極めて簡素な設備及び環境で、絶縁膜を形成することができる。
【００３６】
図４は、絶縁膜５０が基板４０上に形成された状態を示した図である。基板４０の表面全体に、絶縁膜５０が形成されている。
【００３７】
このように、実施形態１に係る絶縁膜５０の形成方法においては、基板４０上にナノ粒子１０を含む分散溶液３０を供給して塗布する塗布工程と、分散溶液３０から溶媒２０を除去してナノ粒子１０を酸素に暴露させる酸化工程とにより、簡便に絶縁膜５０を基板４３０上に形成することができる。
【００３８】
なお、図２乃至図４においては、スピンコート法により絶縁膜５０を形成する例を挙げて説明したが、例えば、インクジェット法、静電スプレー法、転写法等を含む印刷法により、塗布工程を行うようにしてもよい。塗布工程においては、分散溶液３０を基板４０の表面上に供給できればよいので、上述の印刷法によっても、目的を達成することができる。
【００３９】
なお、塗布工程を印刷法により行った場合、酸化工程は、加熱により基板４０を乾燥させて行うようにしてもよい。
【００４０】
図５は、塗布工程を印刷法により行った場合の酸化工程の一例を示した図である。図５において、基板４０が、加熱手段１２０に収容されている。加熱手段１２０は、例えば、加熱炉のように、基板４０を容器内に収容して加熱を行う手段であってもよい。加熱手段１２０内には、基板支持手段１２１が設けられ、表面上に分散溶液３０が塗布された基板４０が支持される。上下には、ヒータ１２２、１２３が設けられ、基板４０を加熱し、分散溶液３０中の溶媒２０を蒸発させる。これにより、分散溶液３０内のナノ粒子１０は、空気中に暴露され、酸化されて酸化膜となる。
【００４１】
このように、塗布工程を印刷法により行った場合には、基板４０を加熱して分散溶液３０の溶媒２０を蒸発させることにより行ってもよい。これにより、用途に応じて種々の方法により絶縁膜５０を基板４０上に形成することが可能となる。
【００４２】
なお、印刷法を用いた場合であっても、基板４０の乾燥が容易な状態であれば、加熱を行わずに、自然乾燥により酸化工程を実行してもよい。例えば、上述の静電スプレー法により塗布工程を実施した場合には、分散溶液３０の液膜が非常に薄い状態で基板４０上に塗布される場合が多いので、スプレー塗布後にすぐ乾燥し、何も行わずに自然乾燥により酸化工程が自動的に行われる場合もあり得る。このような場合には、基板４０を酸素雰囲気下に置くことのみにより、酸化工程を行ってもよい。
【００４３】
このように、種々の方法を用いて、実施形態１に係る絶縁膜５０の形成方法を実行することができ、基板４０上に簡便に、基板４０に損傷を与えることなく絶縁膜５０を形成することができる。
【００４４】
また、酸化工程の後、加熱工程を設けるようにしてもよい。加熱工程は、半導体プロセスにおけるアニールと同様で、絶縁膜５０の品質を向上させるために、必要に応じて行うようにしてよい。例えば、絶縁膜５０を基板４０上に形成後、基板４０を加熱して焼成することにより、絶縁膜５０の基板４０への密着性を高めたり、絶縁膜５０の均一性を高めたりすることができる。よって、本実施形態に係る絶縁膜５０の形成方法においても、絶縁膜５０の膜質を高めるために、加熱工程を設けるようにしてもよい。
【００４５】
なお、加熱工程は、例えば、図５において説明したのと同様に、例えば、加熱炉のような容器収容型の加熱手段１２０を用いて、ヒータ１２２、１２３により加熱を行うようにしてもよい。加熱工程の加熱の方法は、種々の加熱方法を適用することができる。また、加熱工程における加熱の温度は、用途に応じて種々設定してよいが、例えば、１５０〜５５０℃の範囲に設定してもよい。
【００４６】
また、塗布工程、酸化工程及び必要に応じて行う加熱工程は、複数回繰返して行うようにしてもよい。複数回、これらの一例の絶縁膜形成工程を繰返すことにより、絶縁膜５０の厚さが増してゆき、所望の厚さの絶縁膜５０を基板４０上に形成することができる。これにより、用途に応じた適切な絶縁膜４０を得ることが可能となる。
【００４７】
また、実施形態１においては、基板４０上に絶縁膜５０を形成する方法として一連の工程を説明したが、これは、絶縁膜付き基板４０の製造方法と考えてもよい。近年、電子デバイスの製造工程は細分化し、絶縁膜付き基板４０を製造し、これを出荷する場合も考えられる。よって、実施形態１において説明した絶縁膜５０の形成方法は、絶縁膜付き基板４０の製造方法と捉えてもよい。
【００４８】
〔実施例１〕
次に、実施形態１に係る絶縁膜５０の形成方法の実施例について説明する。図２乃至図４において説明したように、スピンコータ１１０を用いて基板４０上への絶縁膜５０の形成を行った。実施例１においては、新たな図面は用いずに説明を行うが、図２乃至図４に対応する工程を各々行っているので、必要に応じて図２乃至図４を参照する。なお、図２乃至図５に対応する構成要素については、同一の参照符号を付して説明を行うこととする。
【００４９】
実施例１においては、絶縁膜５０のコーティング材料として、Ｔａの金属ナノ粒子１０が分散された分散溶液３０を用いた。使用した分散溶液３０の溶媒２０はヘキサンであり、Ｔａナノ粒子１０の濃度は５ｗｔ％であった。また、使用したナノ粒子１０の平均粒子径は、約４０ｎｍであった。このＴａナノ粒子１０を含む分散溶液３０を、透明導電膜であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide、酸化インジウムスズ）を約２００ｎｍ成膜したガラス基板４０上にノズル１１１から供給して塗布し、図２で説明した塗布工程を行った。その後、スピンコート法にて大気中で８００ｒｐｍ、１分間というコート条件でスピン回転を行い、図３において説明した酸化工程を行った。
【００５０】
金属Ｔａナノ粒子１０は、非常に反応性が高いため、スピンコートにより溶媒２０を飛ばした後には、酸素雰囲気下で直ちに酸化物の絶縁膜５０となった。つまり、図４において説明したような、絶縁膜５０付き基板４０が得られた。スピンコートの直後の塗布膜上の抵抗値をテスタにて測定したところ、＞１ＭΩの高抵抗となったことから、絶縁膜５０が形成されていることが確認された。
【００５１】
その後、図５において説明したように、大気中にて基板４０を４８０℃に加熱し、焼成を行った。本実施例では、この工程を３回繰返すことによって、６４１ｎｍの厚さの絶縁膜４０を得た。なお、分散溶液３０中のＴａナノ粒子１０の濃度をコントロールしたり、塗布と乾燥（加熱）の工程を繰返したりすることにより、任意の厚さの絶縁膜４０を形成することができる。このようにして作製した絶縁薄膜５０を、光学顕微鏡及び電子顕微鏡にて表面観察を行ったところ、クラックの無い連続的な絶縁膜５０であることが確認された。
【００５２】
次に、形成した絶縁膜５０上にアルミニウム（Ａｌ）電極をスパッタ法にて堆積させた。作製した絶縁膜５０の誘電特性を評価するため、Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路を用いて、ＩＴＯ電極とＡｌ電極間に周波数１ｋＨｚの正弦波交流電圧を印加し、特性を測定した。測定の領域は、３．５×４．５ｍｍ２とした。測定の結果、作製した絶縁膜５０の誘電率は、約８０であった。また、絶縁耐圧は、１×１０８Ｖ／ｍであった。この値は、スパッタ法等の従来の成膜法により形成したＴａ２Ｏ５絶縁膜よりも高い誘電率であり、絶縁耐圧はほぼ同程度であった。
【００５３】
このように、本実施例に係る絶縁膜５０の形成方法によれば、従来の真空中で行う複雑な成膜方法よりも簡便な方法でありながら、従来の絶縁膜よりも高品質な絶縁膜を形成できることが分かる。
【００５４】
〔実施形態２〕
図６は、本発明の実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法の一例を示した図である。実施形態２においては、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法を用いて、無機エレクトロルミネッセンス素子を製造する無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法について説明する。
【００５５】
図６（Ａ）は、実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法の透明基板用意工程の一例を示した図である。無機エレクトロルミネッセンス素子を製造する場合、ガラス基板等の透明基板４１上に素子を形成してゆく。図６（Ａ）においては、透明基板４１上に、透明導電膜６０が形成されている。このように、無機エレクトロルミネッセンス素子を製造する場合には、ガラス基板等の透明基板４１上にまず、透明導電膜６０を形成し、透明導電膜６０付きの透明基板４１を用意する。なお、透明導電膜６０は、例えば、上述のＩＴＯが用いられてもよい。透明導電膜６０の厚さは、例えば、数１００ｎｍであってもよい。また、透明基板４１は、ガラス基板の他、プラスチック等の樹脂製の基板が適用されてもよい。
【００５６】
図６（Ｂ）は、第１の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。第１の絶縁膜形成工程においては、導電膜付き透明基板４１の上に、第１の絶縁膜５１を形成する。第１の絶縁膜の形成方法は、実施形態１において説明した、塗布工程と酸化工程を有する絶縁膜の形成方法により行う。これにより、下地の導電膜６０に損傷を与えることなく、高品質な第１の絶縁膜５１を簡便に形成することができる。第１の絶縁膜５１は、種々のナノ粒子１０の酸化物で構成されてよく、例えば、Ｔａ等の金属酸化物から構成されてもよい。
【００５７】
また、所望の厚さの第１の絶縁膜５１を得るために、一連の絶縁膜形成工程が、複数回繰返されてもよい。第１の絶縁膜５１は、例えば、透明導電膜６０の厚さの２〜４倍程度の厚さに形成されてもよい。
【００５８】
図６（Ｃ）は、発光層形成工程の一例を示した図である。発光層形成工程においては、第１の絶縁膜５１の上に、発光層７０が形成される。発光層７０は、種々の材料が用いられてよいが、例えば、ＺｎＳ（硫化亜鉛）に少量のＭｎ（マンガン）をドープしたＺｎＳ：Ｍｎが用いられてもよい。発光層７０の厚さは、例えば、第１の絶縁層５１よりもやや薄く、第１の絶縁層５１の７０〜９０％程度の厚さに形成されてもよい。発光層７０は、種々の方法により形成されてよいが、例えば、蒸着法により発光層７０が堆積して形成されてもよい。
【００５９】
図６（Ｄ）は、第２の絶縁膜形成工程の一例を示した図である。第２の絶縁膜形成工程においては、発光層７０の上に、第２の絶縁膜５２を形成する。第２の絶縁膜５２は、例えば、第１の絶縁膜５１と同じ条件、つまり同じ材料、同じ厚さで、同じ形成方法により形成されてもよい。
【００６０】
図６（Ｅ）は、電極形成工程の一例を示した図である。電極形成工程においては、第２の絶縁膜５２の上に、電極８０を形成する。電極８０は、連続した膜ではなく、離散的に、画素を形成するように、例えば、水平面上に格子状に複数の平行な直線が交わるように形成されてもよい。図６（Ｅ）においては、一方の側面から見た状態における電極８０の配列の一例が示されている。電極８０は、アルミニウムや銅等の、配線金属が用いられてよい。形成方法は、種々の形成方法が利用されてもよいが、例えば、スパッタ法により形成されてもよい。
【００６１】
このように、実施形態１に係る絶縁膜の形成方法を、無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に適用することにより、絶縁膜５１、５２を簡便に、かつ高品質で、下地にダメージを与えずに形成することができ、高品質の無機エレクトロルミネッセンス素子を、簡便に、低コストで製造することができる。
【００６２】
なお、図６（Ｅ）に示すように、電極８０と透明導電膜６０との間に交流電源９０により交流電圧が印加されることにより、無機エレクトロルミネッセンスは発光する。
【００６３】
〔実施例２〕
次に、実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンスの製造方法の実施例を説明する。実施例２においても、実施例１と同様に、実施形態１及び実施形態２と対応する構成要素には、実施形態２と同様の参照符号を付して説明を行う。
【００６４】
実施例２においては、実施形態２において説明したのと同様の製造方法により、２重絶縁型構造の無機エレクトロルミネッセンス素子が試作された。発光層７０には、Ｍｎを０．５ｍｏｌ％ドープしたＺｎＳ（ＺｎＳ：Ｍｎ）を用いた。
【００６５】
まず、透明導電膜６０であるＩＴＯを約２００ｎｍ成膜したガラス基板４１上に、Ｔａナノ粒子１０を含む分散溶液３０をノズル１１１から塗布した。次いで、スピンコート法により、大気中で８００ｒｐｍ、１分間というコート条件でステージ１１２を回転させた。その後、大気中にてガラス基板４１を４８０℃に加熱し、焼成を行った。この工程を３回繰り返し、約６００ｎｍの厚みの第１の絶縁膜５１を形成した。これは、図６（Ｂ）において説明した第１の絶縁膜形成工程に相当する。
【００６６】
その後、第１の絶縁膜５１上に発光層７０としてＺｎＳ：Ｍｎを蒸着法により、基板温度４００℃にて約５００ｎｍ堆積した。これは、図６（Ｃ）において説明した発光層形成工程に相当する。
【００６７】
次に、発光層７０上に、透明導電膜６０上の第１の絶縁層５１と同じ条件で、第２の絶縁膜５２を形成した。これは、図６（Ｄ）において説明した第２の絶縁膜形成工程に相当する。
【００６８】
最後に、第２の絶縁膜５２上に、Ａｌ電極８０をスパッタ法により形成し、無機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。これは、図６（Ｅ）において説明した電極形成工程に相当する。
【００６９】
図７は、実施例２に係る製造方法により作製されたＴａ酸化物薄膜を用いた無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性と、比較参考例としてスパッタ法により作製されたＴａ酸化物薄膜を用いた無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を示した図である。図７において、横軸は印加電圧〔Ｖｐｐ〕、縦軸は輝度〔ｃｄ／ｍ２〕を示している。図７においては、両方の無機エレクトロルミネッセンス素子に、周波数１ｋＨｚの正弦波交流を印加して測定された発光特性が示されている。
【００７０】
比較参考例のスパッタ法により形成した絶縁膜の厚さは、約３００ｎｍであった。発光層は、Ｍｎを０．５ｍｏｌ％ドープしたＺｎＳ：Ｍｎを、蒸着法により基板温度４００℃にて約３００ｎｍ堆積して形成した。
【００７１】
図７に示すように、発光開始電圧は、スパッタ法による無機エレクトロルミネッセンス素子は約２３０〔Ｖｐｐ〕であるのに対し、実施例２に係る塗布法による無機エレクトロルミネッセンス素子は約１５０〔Ｖｐｐ〕であり、塗布法による発光開始電圧の方が低い。また、駆動電圧についても、スパッタ法による無機エレクトロルミネッセンス素子が２４０〜２６０〔Ｖｐｐ〕程度であるのに対し、実施例２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子は１７０〜１８０〔Ｖｐｐ〕程度であり、実施例２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の方が低くなっている。これは、本実施例に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法により製造された無機エレクトロルミネッセンス素子の絶縁膜５１、５２の誘電率が高いことを示している。
【００７２】
このように、実施形態２に係る無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法によれば、誘電率が高い絶縁膜５１、５２を有し、低電圧で動作する電力効率が高い無機エレクトロルミネッセンス素子を製造することができる。
【００７３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、絶縁膜を含むコンデンサ、トランジスタ、発光素子等の電子デバイス及びそれらの基板、並びにそれらの製造プロセスに利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０ ナノ粒子
２０ 溶媒
３０ 分散溶液
４０、４１ 基板
５０、５１、５２ 絶縁膜
６０ 透明導電膜
７０ 発光層
８０ 電極
９０ 交流電源
１００ 容器
１１０ スピンコータ
１１１ ノズル
１１２ ステージ
１２０ 加熱手段
１２１ 支持手段
１２２、１２３ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記基板上に、ナノ粒子を含む分散溶液を塗布する塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液に含まれる前記ナノ粒子を酸素雰囲気下に暴露する酸化工程と、を含むことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記塗布工程における前記分散溶液の塗布は、スピンコート法又は印刷法により行われることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
前記ナノ粒子は、金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】
前記金属ナノ粒子は、Ｔａであることを特徴とする請求項３に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法を複数回繰り返し、所望の厚さの絶縁膜を前記基板上に形成することを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項６】
基板と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法により該基板上に形成された絶縁膜を備えたことを特徴とする絶縁膜付き基板。
【請求項７】
透明導電膜が形成された透明基板を用意する工程と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法を用いて、前記透明基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
該第１の絶縁膜上に、発光層を形成する工程と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法を用いて、前記発光層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上に、電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の無機エレクトロルミネッセンスの製造方法により製造されたことを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記基板上に、ナノ粒子を含む分散溶液を塗布する塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液に含まれる前記ナノ粒子を酸素雰囲気下に暴露する酸化工程と、を含むことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記塗布工程における前記分散溶液の塗布は、スピンコート法又は印刷法により行われることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
前記ナノ粒子は、金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】
前記金属ナノ粒子は、Ｔａであることを特徴とする請求項３に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法を複数回繰り返し、所望の厚さの絶縁膜を前記基板上に形成することを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項６】
基板と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法により該基板上に形成された絶縁膜を備えたことを特徴とする絶縁膜付き基板。
【請求項７】
透明導電膜が形成された透明基板を用意する工程と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法を用いて、前記透明基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
該第１の絶縁膜上に、発光層を形成する工程と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁膜の形成方法を用いて、前記発光層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上に、電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の無機エレクトロルミネッセンスの製造方法により製造されたことを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５４４６８（Ｐ２０１１−５４４６８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３５５４（Ｐ２００９−２０３５５４）
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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