溅射靶及使用该靶的薄膜的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种溅射靶、特别是适合形成含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜的溅射靶、以及使用该靶的薄膜的制造方法。
【背景技术】
[0002]钙铝石化合物具有12Ca0.7Α1203所表示的代表组成，且其具有以下特征性的晶体结构:具有三维连结的直径约0.4nm的空隙(笼)。构成该笼的骨架带有正电荷，每个晶胞形成12个笼。为了满足晶体的电中性条件，该笼的1/6其内部由氧离子占据。但是，该笼内的氧离子具有与构成骨架的其他氧离子在化学上不同的特性，因此笼内的氧离子特别地被称为游离氧离子。钙铝石化合物也记作[Ca24Al2S064]4+.202 (非专利文献1)。
[0003]在将钙铝石化合物的笼中的游离氧离子的一部分或全部置换为电子的情况下，钙铝石化合物被赋予导电性。这是因为，包合在钙铝石化合物的笼内的电子不太受笼的拘束，可以在晶体中自由移动(专利文献1)。这种具有导电性的钙铝石化合物特别地被称为“导电性钙铝石化合物”。
[0004]因为这种导电性钙铝石化合物具有约2.4eV的极低的功函数，所以期待将其应用于用于冷电子发射源及有机EL元件的电子注入电极、或利用化学反应的还原剂等。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:国际公开第W02005/000741号
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献1:F.M.Lea, C.H.Desch, The Chemistry of Cement and Concrete, 2nded.，p.52，Edward Arnold & C0.，London, 1956
【发明内容】
[0010]发明所要解决的问题
[0011]一般而言，导电性钙铝石化合物的块体是通过将导电性钙铝石化合物的粉末在高温的还原环境下进行烧结处理而制造(专利文献1)。该烧结处理的温度例如为约1200°c。
[0012]然而，此种现有的方法尽管作为块状的导电性钙铝石化合物的制造方法是有效的，但是有时不适合作为薄膜状的导电性钙铝石化合物的制造方法。
[0013]S卩，在想要通过需要在例如1200°C以上这样高的温度下进行处理的现有的方法而制造导电性钙铝石化合物的薄膜的情况下，构成薄膜的支撑基板的材料限于很少一部分耐热材料。其结果是产生薄膜与基板的组合的种类明显受到限制这样的问题。
[0014]例如，在各种电气装置或元件中经常使用玻璃基板作为具有通用性的基板。然而，通用的玻璃基板的耐热温度最高为约700°C，在现有的方法中，就玻璃基板的耐热温度的关系而言，难以在玻璃基板上形成导电性钙铝石化合物的薄膜。
[0015]因此，为了避免或抑制这样的问题，对于可以在较低的工艺温度下制造导电性钙铝石化合物的薄膜的技术，具有很强烈的要求。
[0016]本申请的发明人发现，通过使用导电性钙铝石化合物的靶在低氧分压的环境下通过气相蒸镀法进行成膜，可以形成含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜。
[0017]本发明的目的在于提供一种可以通过溅射法形成含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜的新型导电性钙铝石化合物的溅射靶。
[0018]用于解决问题的手段
[0019]本发明提供一种非晶膜形成用溅射靶，其为含有导电性钙铝石化合物的溅射靶，其中，该导电性钙铝石化合物的电子密度为3X102°cm 3以上，且该导电性钙铝石化合物含有选自由碳(C)、铁(Fe)、钠(Na)、和锆(Zr)所构成的组中的一种以上元素。
[0020]另外，本发明提供一种制造方法，其为含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜的制造方法，其中，使用上述溅射靶，在低氧分压的环境下通过溅射法在基板上进行成膜，从而形成含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜(以下，也称为“非晶电子化合物的薄膜”)。
[0021]本发明人确认了通过利用非晶电子化合物的薄膜形成有机电致发光元件的电子注入层，与利用氟化锂的膜形成电子注入层的情况相比，提高有机电致发光元件的电压-电流密度的特性。
[0022]认为在氟化锂的膜中，金属锂在膜中析出，并且从金属锂放出电子。S卩，在氟化锂的膜中，在作为膜表面的金属锂析出部的“点”处放出电子。
[0023]与此相对，在上述非晶氧化物的电子化合物的薄膜中，在膜表面的整体、即“面”处放出电子。因此，认为与氟化锂的膜相比，电流密度变大。
[0024]构成溅射靶的导电性钙铝石化合物含有选自由C、Fe、Na和Zr所构成的组中的一种以上元素时，可以进一步增大有机电致发光元件的电流密度。
[0025]在构成溅射靶的导电性钙铝石化合物含有选自由C、Fe和Zr所构成的组中的一种以上元素的情况下，在所形成的非晶电子化合物的薄膜中存在这些元素。认为含有这些元素的非晶电子化合物的薄膜可以增大存在于膜中的微晶的比率。认为微晶的比率增大时，膜的直流电导率增大，从而可以增大膜的电流密度。
[0026]构成溅射靶的导电性钙铝石化合物更优选为含有C或Fe。
[0027]另一方面，在构成溅射靶的导电性钙铝石化合物含有Na的情况下，在所形成的非晶电子化合物的薄膜中存在这些元素。含有这些元素的非晶电子化合物的薄膜在与其他层接触的界面容易引起界面反应。认为通过界面反应而产生反应层时，可以减小肖特基势皇，从而增大膜的电流密度。即，认为在有机电致发光元件中，利用含有Na的非晶氧化物的电子化合物的薄膜形成电子注入层时，在电子注入层与电子传输层之间，肖特基势皇降低，从而使电流变得易于流动。
[0028]发明效果
[0029]根据本发明，可以提供一种可以形成含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜的新型的溅射靶。
【附图说明】
[0030]图1为表示含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的概念性结构的示意图。
【具体实施方式】
[0031]在本说明书中，也将“含有钙原子及铝原子的非晶氧化物的电子化合物的薄膜”简称为“非晶电子化合物的薄膜”。
[0032]本发明的溅射靶为含有导电性钙铝石化合物的溅射靶，该导电性钙铝石化合物的电子密度为3X 102°cm 3以上，且该导电性钙铝石化合物含有选自由C、Fe、Na和Zr所构成的组中的一种以上元素。
[0033]在本申请中，所谓“钙铝石化合物”，是指具有笼状(笼)结构的12Ca0.7Α1203 (以下也称为“C12A7”)及具有与C12A7同等的晶体结构的化合物(同型化合物)的总称。作为C12A7的同等的同型化合物，有12Sr0.7A1203。
[0034]在本申请中，所谓“导电性钙铝石化合物”，表示笼中所含的“游离氧离子”的一部分或全部被置换为电子的钙铝石化合物。本发明中的导电性钙铝石化合物的电子密度为3X 102°cm 3以上，优选为5X 10 20cm 3以上，更优选为7X 10 20cm 3以上，进一步优选为IX 1021cm 3以上。全部游离氧离子被置换为电子时的电子密度为2.3X 10 21cm 3。
[0035]测定导电性钙铝石化合物粉末的漫反射、并由经库贝尔卡-蒙克变换的吸收光谱的峰值波长(能量)换算电子密度。关系式使用下式:
[0036]η = (- (Esp-2.83)/0.199)α 782
[0037]此处，η表示电子密度(cm 3)，Esp表示经库贝尔卡-蒙克变换的吸收光谱的峰值能量(eV)。
[0038]导电性钙铝石化合物中的钙(Ca)与铝(A1)的比率以换算为CaO:A1203的摩尔比计，优选为10:9?13:6的范围，更优选为11:8?12.5:6.5的范围，更优选为11.5:7.5?12.3:6.7的范围，进一步优选为11.8:7.2?12.2:6.8的范围，特别优选为约12:7。
[0039]在本发明的溅射靶中，碳(C)的质量相对于靶的质量的比率优选为0.0001质量％以上且5质量％以下，更优选为0.001质量％以上且1质量％以下。
[0040]在本发明的溅射靶中，Zr、Fe或Na的各元素的量相对于靶的质量优选为0.0001质量％以上且1质量％以下，更优选为0.001质量％以上且0.1质量％以下。
[0041]为该范围时，可以保持构成溅射靶的钙铝石化合物所具有的笼结构。另外，可以增大含有使用本发明的溅射靶所形成的非晶电子化合物的薄膜的有机电致发光元件的电流
Fth也/又。
[0042]这些元素可以使用ICP 质谱法(ICP-MS:1nductively Coupled Plasma MassSpectrometry)、ICP 发光分析法(ICP-AES:1nductively Coupled Plasma AtomicEmiss1n Spectrometry)、或碳成分分析法(thermal optical reflectance)进行定量。
[0043]本发明的溅射靶的制造方法并无特别限制。对于靶而言，可以使用例如现有的块状导电性钙铝石化合物的制造方法制造。例如，可以通过将钙铝石化合物的烧结体在T1、Al、C