- 在近红外波段（波长：1550 nm）实现比传统ITO薄膜高17倍的透过率
- 世界最高电子迁移率133 cm2/实现 Vs
- 可制成柔性透明导电膜，用于红外监控摄像头、车载摄像头
开发的透明导电膜（左）和普通透明导电膜（右）的半透明度和电子迁移率
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）制造技术研究部再制造研究组研究员野本纯一和高级首席研究员山口岩生是世界第一电子迁移率从可见光到近红外波段都是高度透明的。
该透明导电膜由在耐热性低的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂基材上形成的氧化铟(In)制成。2O3) 薄膜。掺杂少量氢的非晶薄膜可以通过结晶实现高电子迁移率。但由于需要150～200℃左右的热处理，因此无法在对热敏感的树脂基材上结晶。因此，紫外线准分子激光器采用辐照技术，对基材无热损伤透明导电膜我们已经成功地使该层结晶。因此，传统的柔性锡添加材料In2O3（俗称ITO）约20厘米的透明导电膜2/Vs 133 cm2/Vs。此外，这种高电子迁移率即使在低电子密度下也能提供高导电性，从而可以在从可见光到近红外波段的宽波长范围内实现高透明度。通过将这些特性应用于透明加热器，可应用于监控摄像头和车载摄像头，具有出色的可视性和防雾性能。它还将有助于提高使用近红外光发电的下一代柔性太阳能电池的转换效率。
该成果将于2022年12月7日至9日在Makuhari Messe（千叶县千叶市）举办的高功能材料周展位（36-13）展出。
近年来，汽车和道路上配备了许多传感器，并且存在对更高功能的需求。例如，汽车和监控摄像头无论白天还是夜晚和天气都需要良好的可视性。因此，需要透明加热器来防止积雪和起雾。此外，利用近红外光可高精度检测位置和形状的传感器的引入正在取得进展，并且希望开发出能够在近红外波段实现高透光性和导电性的材料，而这是传统材料无法获得的。
AIST 一直在开发支持先进物联网的传感器相关设备和相关技术。作为一项基础技术，我们正在致力于高性能柔性器件的开发。此次，我们重点关注在可见光到近红外范围内兼具优异透光性和高电导率的高迁移率透明导电氧化物薄膜，并致力于降低晶体形成温度和控制晶粒尺寸，这是近红外传感器用透明加热器材料、生物传感器用透明电极材料和下一代柔性太阳能电池开发中的重要问题。
部分研究和开发得到了天田财团的鼓励研究补助金和日本学术振兴会的科学研究补助金 (C) 的支持。
这次，AIST开发了一种在树脂基材上共掺杂微量氢（H）和铈（Ce）的非晶态氧化铟（In2O3:Ce,H（以下简称ICO:H）透明导电膜，而不会对基材造成热损伤。传统的ICO:H通过在成膜过程中引入抑制结晶的少量水蒸气形成非晶态前驱体薄膜，然后在150至200℃下进行热处理使其结晶，表现出高电子迁移率的特性。然而，根据加热条件，有时会发生树脂基材的变形、变色等耐热性问题。为了解决上述问题，我们采用紫外准分子激光照射代替热处理的光子晶体生长技术，通过控制前驱体薄膜形成条件和激光照射条件来生长大晶粒尺寸的晶体，并通过控制从透明导电膜层到基材层的热传递以及两层之间的热膨胀差异来减少结晶过程中出现的微观裂纹，从而创建了柔性高迁移率透明导电薄膜。
图1显示了用于制造ICO:H薄膜的光子晶体生长技术的示意图，并显示了激光照射前后ICO:H层结晶度的变化。照射前的前体薄膜为非晶质，表面结构无特征，而激光照射后的膜的整个表面被直径约2μm的晶体覆盖。根据结晶后的外观，我们还确认了 PET 没有出现浑浊等损坏。
图1用于生产ICO:H薄膜的光子晶体生长技术示意图、激光照射前后ICO:H结晶度的评价以及激光照射后ICO:H薄膜的形貌
表1显示了通过激光照射结晶的ICO:H薄膜的电性能。通过激光照射结晶的ICO:H薄膜具有世界最高的电子迁移率133 cm，是市售柔性ITO薄膜（低电阻产品）电子迁移率的六倍以上。2/Vs 已确认。此外，虽然电子密度为市售ITO膜的1/4，但高电子迁移率使得可以进一步提高电阻率。
图2 透明导电膜的透射光谱
图2显示了开发的ICO:H薄膜的透射光谱。与市售ITO薄膜相比，ICO:H薄膜反射红外线的电子密度较低，因此证实其具有高透光性，特别是在1000 nm或以上的长波长带内。下一代高灵敏度、远距离识别激光雷达中，正在考虑使用波长为1550nm的激光，该波长比现有的900nm左右的波长更长，并且该透明导电膜被认为适合于这种传感器的透明加热器。
图3 使用近红外摄像头进行能见度评估
图 3 显示了使用对 950 至 1700 nm 波长敏感的砷化铟镓 (InGaAs) 探测器的近红外相机拍摄的开发的 ICO:H 薄膜和市售 ITO 薄膜的图像。从图2所示的透射光谱可以看出，ICO:H薄膜具有很高的半透明度，透过薄膜可以清楚地识别背面的文字。另一方面，在市售ITO薄膜的情况下，近红外光透射率较低，因此近红外相机图像显示薄膜呈黑色，可见度显着降低。
图 4 使用光电二极管评估近红外光信号
图4显示了当来自波长为1550 nm的发光二极管的光通过样品被光电二极管接收时电压信号的评估结果。当直接从发光二极管接收光时，电压信号衰减 37% 至 52 mV，而直接从市售 ITO 薄膜接收光时，电压信号衰减 82 mV，这证实信号损失很大。另一方面，开发的 ICO:H 薄膜上的电压信号为 77 mV，信号损失仅为 6%。因此，使用此膜可以让您接收到较远距离的微弱信号。
*本新闻稿图1来自原文《超过130厘米2/Vs 柔性透明导电In的霍尔迁移率2O3准分子激光固相结晶的薄膜”。
通过开发比传统材料具有更高半透明度和导电性的柔性薄膜，可以提高透明加热器、传感器、柔性太阳能电池等的功能。通过这一点，我们将为开发具有激烈国际竞争力的产品做出贡献，例如汽车工业的高功能部件和物联网传感器。我们将使用开发的ICO:H薄膜来制造透明加热器和柔性太阳能电池，在寒冷地区等恶劣使用环境下进行实际设备的示范测试，并致力于社会实施。
AIST制造技术部再制造研究小组融合半导体真空工艺技术、溶液工艺技术、光照射技术等不同领域的技术，开发高性能柔性器件。为了将开发的技术与企业联系起来，我们将通过样品提供和联合研究，努力实现社会实施。
已出版的杂志：NPG 亚洲材料
论文标题：130 厘米以上2/Vs 柔性透明导电In的霍尔迁移率2O3准分子激光固相结晶薄膜
作者：Junichi Nomoto、Takashi Koida、Iwao Yamaguchi、Hisao Makino、Yuuki Kitanaka、Tomohiko Nakajima 和 Tetsuo Tsuchiya