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~

2025-08-20 北海道大学

北海道大学の研究グループ(太田裕道教授ら)は、水素ガスを用いずに高性能薄膜トランジスタを作製する新手法を開発しました。従来の水素添加酸化インジウム薄膜トランジスタは、主流のIGZO素子の約10倍となる高い電界効果移動度を示すため次世代ディスプレイに有望ですが、水素ガス利用は爆発リスクが高く、安全性が課題でした。2024年には水素ガスを使わない製造法が示されましたが、複雑な圧力制御工程が必要でした。今回、研究チームは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することに成功。複雑な工程なしに電界効果移動度約90 cm²/V·sを達成し、従来比10倍の性能を持つトランジスタを実現しました。本成果は次世代ディスプレイ用素子の実用化を大きく前進させるものであり、研究成果は ACS Applied Electronic Materials に掲載されました。

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~

<関連情報>

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 Indium Hydroxide Ceramic Targets: A Breakthrough in High-Mobility Thin-Film Transistor Technology

Hikaru Sadahira,Prashant R. Ghediya,Hyeonjun Kong,Akira Miura,Yasutaka Matsuo,Hiromichi Ohta,and Yusaku Magari
ACS Applied Electronic Materials  Published: August 3, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsaelm.5c00829

Abstract

Thin-film transistors composed of a hydrogen-containing indium oxide active layer are promising candidates for backplane devices in next-generation flat panel displays, offering higher definition and faster operation. However, the hydrogen incorporation process during film deposition poses challenges for scalable and industrial development due to both safety and controllability issues. Here, we demonstrate that using indium hydroxide ceramic as the target material for film deposition overcomes the difficulties associated with hydrogen gas usage. We sintered commercially available indium hydroxide powder using a conventional ceramic process at 150–250 °C in air and utilized it for the deposition of hydrogen-incorporated indium oxide films via pulsed laser deposition. The resulting indium oxide films, after thermal annealing, contained a sufficient concentration of hydrogen and exhibited very high electron mobility due to significantly grown grains. Furthermore, we confirmed that the fabricated thin-film transistors exhibited comparably high performance to those produced using the gas-phase hydrogen incorporation method. This approach offers a practical pathway for hydrogen-containing indium oxide-based thin-film transistors in next-generation flat panel displays.

0403電子応用
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