专利名称：一种低密度ito蒸镀靶材的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种蒸发镀膜材料的制备方法，特别涉及一种用于GaN基发光二极管透明电极的ITO氧化物蒸镀材料的制备方法。
背景技术：
LED (Light Emitting Diode),即发光二极管,是ー种固态的半导体器件,它可以直接把电能转化为光能。LED改变了传统白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED具备体积小、寿命长、光效高、高亮度、低热量、无辐射、低功耗、环保和坚固耐用的优点。LED的应用领域非常广，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。自从1991年Nichia公司的Nakamura等人成功地研制出掺Mg的异质结GaN蓝光LED，GaN基LED得到了迅速的发展。GaN基LED以其寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性被广泛研究并且获得了エ业化生产。为了提高GaN基发光二极管的出光率，业内人士在不断的探索各种提闻売度的方法。铟锡氧化物简称ITO (Indium Tin Oxides), ITO是一种η型氧化物半导体,具有良好的导电性和透明性，良好的化学稳定性、热稳定性与衬底的附着性，以及优异的图形加エ特性。采用电子束蒸镀或磁控溅射制备的ITO薄膜其电阻率可达到IO-4Qcm,可见光透光率达90%以上，而且ITO薄膜的电阻率和透光率可通过调节In2O3与SnO2的比例以及薄膜制备エ艺条件来进行控制。早在1997年台湾エ业研究院为了避开日亚化学的TCL(Transparent ConductiveLayer)材料——Ni/Au的专利，用ITO薄膜取代Ni/Au。不仅极大的提高了发光功率，而且管芯发光功率衰减性能也得到了改善。GaN基LED芯片生产商纷纷选择ITO薄膜作为透明电极。GaN基LED用ITO薄膜的制备エ艺为电子束蒸镀，需要低密度多孔的靶材作为蒸镀源。制备低密度ITO靶材的公知方法中，对粉体进行钝化处理采用的是粉体加压成型并破碎，然后高温煅烧和粉碎的处理方式。成型时掺入的粘接剂单一，粉体干燥处理采用简单的电热干燥。同时，靶材烧结时通过加入高压氧气来助烧，生产成本和危险性比较高。因此，改善低密度ITO蒸镀靶材的烧结エ艺，减少エ序，降低烧结压力和烧结温度，实现低成本及降低生产的危险性，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种低成本、低危险性、短周期、大规模的低密度ITO蒸镀靶材的制备方法。采用本发明制备的低密度ITO蒸镀靶材，作为蒸镀GaN基LED透明电极用的高纯、低致密度的起始材料。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是ー种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其エ艺步骤是、步骤ー根据成分配比要求，按照In2O3 90% 98%，SnO2 2% 10%合成锡掺杂的氧化铟粉体，粉体的平均粒径D50为50 250nm，比表面积为3 20m2/g ；
步骤ニ 将步骤一所述的ITO粉体置于煅烧炉内，在常压或无压氧气氛下进行预烧处理，温度为1300 1600°C，时间为3 16小时；
步骤三将预烧的ITO粉体进行掺脂处理，掺入的有机物包括粘接剂、脱模剂和离型剂，使有机物均匀包覆粉体；
步骤四将掺脂ITO粉体在80 160°C进行干燥、造粒处理；
步骤五将造粒ITO粉体放入金属模具中预压成型，压カ为40 IOOMpa ；
步骤六将成型的ITO素坯放入脱脂炉内，在500 800°C下脱水排脂肪，保温4 48小时；
步骤七将经步骤六处理后的脱脂ITO素坯放入烧结炉内，在常压或无压氧气氛下进行烧结，温度为1400 1650°C，时间为8 72小时；
通过上述步骤，制备出低密度的ITO蒸镀靶材。ITO材料的纯度在99. 99%或以上，相对密度为60 64%，ITO靶材中In2O3的质量百分含量为90 98%，SnO2的质量百分含量为2 10%，且In2O3和SnO2的质量总和为100%。所使用的原料为锡掺杂的氧化铟纳米粉体，其相成分为In2O3単相结构，锡均匀掺杂于氧化铟中。在步骤ニ中所使用的ITO纳米粉体通过高温预烧进行钝化处理，使晶粒初步长大，活性降低；升温速率为每分钟I 10°c。步骤四中的干燥方式有电热、红外和沸腾干燥。步骤七中烧结温度1400 1650°C，升温速率为每分钟5 12°C;烧结的气体为氧气，氧气压カ为常压或无压。采用上述方法所制备的低密度ITO靶材进行电子束蒸发镀膜，当ITO薄膜厚度为250nm时，455nm处的透光率大于97%，方块电阻小于10 Ω /sq,能够满足GaN基短波长LED透明电极的要求。本发明的有益效果是本发明无需对ITO纳米粉体进行冷压处理，減少制备エ序；本发明可选择掺入多种功能的粘接剂来改善成型能力，以及多种粉体干燥处理方式；本发明可显著降低烧结压力，提高烧结效率，降低生产成本和危险性；采用本发明易于实现连续化、规模化生产；本发明特别有利于常压或无压氧气气氛下烧结出高品质的低密度ITO蒸镀靶材。
图I为本发明的エ艺流程方框图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进ー步说明。參见图1，ー种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其エ艺步骤是
步骤ー根据成分配比要求，按照In2O3 90% 98%，SnO2 2% 10%合成锡掺杂的氧化铟粉体，粉体的平均粒径D50为50 250nm，比表面积为3 20m2/g;步骤ニ 将步骤一所述的ITO粉体置于煅烧炉内，在常压或无压氧气氛下进行预烧处理，温度为1300 1600°C，时间为3 16小时；
步骤三将预烧的ITO粉体进行掺脂处理，掺入的有机物包括粘接剂、脱模剂和离型剂，使有机物均匀包覆粉体；
步骤四将掺脂ITO粉体在80 160°C进行干燥、造粒处理；
步骤五将造粒ITO粉体放入金属模具中预压成型，压カ为40 IOOMPa ；
步骤六将成型的ITO素坯放入脱脂炉内，在500 800°C下脱水排脂肪，保温4 48小时；
步骤七将经步骤六处理后的脱脂ITO素坯放入烧结炉内，在常压或无压氧气氛下进行烧结，温度为1400 1650°C，时间为8 72小时；
通过上述步骤，制备出低密度的ITO蒸镀靶材。采用上述方法所制备的低密度ITO靶材进行电子束蒸发镀膜，当ITO薄膜厚度约250nm时，455nm处的透光率大于97%，方块电阻小于10 Ω /sq,能够满足GaN基短波长LED透明电极的要求。本发明无需对ITO纳米粉体进行冷压处理，減少制备エ序；本发明可选择掺入多种功能的粘接剂来改善成型能力，以及多种粉体干燥处理方式；本发明可显著降低烧结压力，提高烧结效率，降低生产成本和危险性；采用本发明易于实现连续化、规模化生产；本发明特别有利于常压或无压氧气气氛下烧结出高品质的低密度ITO蒸镀靶材。实施例I :
ITO粉体原料中，In2O3: SnO2重量比为90%: 10%，粉体的平均粒径D50为120nm，比表面积为11.6m2/g。将所述的ITO粉体置于高温煅烧炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为15500C，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入3wt%的PVA，在80°C的温度下干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入脱脂炉，在600下脱脂，保温10小吋。将脱脂的ITO素坯放入高温烧结炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1400°C，烧结时间10小时。ITO蒸镀靶材的密度为61. 5%，电阻率为5. 3Χ10_3Ω · cm。电子束电压7. 5kV，束流15mA吋，制备的薄膜膜厚250nm，455nm处的透光率为97. 6%，方块电阻为8. 2 Ω /sq。实施例2
ITO粉体原料中，In2O3: SnO2重量比为90%: 10%,粉体的一次粒径D50为105nm，比表面积为12.4m2/g。将所述的ITO粉体置于高温烧结炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1530°C，时间为6小吋。将烧结的ITO粉体掺入总量为3wt%的PVA与液体石蜡，再进行80°C干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入高温炉，在600下脱脂，保温10小吋。将脱脂的ITO素坯放入高温炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1480°C，时间为8小吋。ITO蒸镀靶材的密度为62. 2%，电阻率为6·3Χ10_3Ω ·αιι。电子束电压7. 5kV，束流15mA时，制备的薄膜膜厚254nm，455nm处的透光率为98. 0%，方块电阻为7. 4 Ω /sq。实施例3
ITO粉体原料中，In2O3: SnO2重量比为95%: 5%，粉体的一次粒径D50为45nm，比表面积为15.0m2/g。将所述的ITO粉体置于高温烧结炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为15000C，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入总量为2wt%的PVA与吐温-80，进行80°C干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入高温炉，在600下脱脂，保温10小吋。将脱脂的ITO素坯放入高温炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1500°C，时间为8小时。ITO蒸镀靶材的密度为62. 5%，电阻率为7. 2X 10_3Ω .cm。电子束电压7. 5kV，束流15mA吋，制备的薄膜膜厚243nm，455nm处的透光率为98. 2%，方块电阻为9. O Ω /sq。实施例4
ITO粉体原料中，In2O3: SnO2重量比为97%: 3%，粉体的一次粒径D50为54nm，比表面积为14. 7m2/g。将所述的ITO粉体置于高温烧结炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为15500C，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入2wt%的PVA、PEG以及液体石蜡，再进行80°C干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入高温炉，在600下脱脂，保温10小吋。将脱脂的ITO素坯放入高温炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1520で，时间为8小吋。ITO蒸镀靶材的密度为61. 2%，电阻率为6. 6X 10_3Ω ·cm。电子束电压7. 5kV，束流15mA时，制备的薄膜膜厚251nm，455nm处的透光率为99. 0%，方块电阻为7. 2 Ω/sq。以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，凡本发明申请专利范围内所做的均等设计变化，均应为本发明的技术エ艺所涵盖。
权利要求
1.ー种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征在于エ艺步骤是 步骤ー根据成分配比要求，按照In2O3 90% 98%，SnO2 2% 10%合成锡掺杂的氧化铟粉体，粉体的平均粒径D50为50 250nm，比表面积为3 20m2/g ；步骤ニ 将步骤一所述的ITO粉体置于煅烧炉内，在常压或无压氧气氛下进行预烧处理，温度为1300 1600°C，时间为3 16小时；步骤三将预烧的ITO粉体进行掺脂处理，掺入的有机物包括粘接剂、脱模剂和离型剂，使有机物均匀包覆粉体； 步骤四将掺脂ITO粉体在80 160°C进行干燥、造粒处理； 步骤五将造粒ITO粉体放入金属模具中预压成型，压カ为40 IOOMpa ； 步骤六将成型的ITO素坯放入脱脂炉内，在500 800°C下脱水排脂肪，保温4 48小时； 步骤七将经步骤六处理后的脱脂ITO素坯放入烧结炉内，在常压或无压氧气氛下进行烧结，温度为1400 1650°C，时间为8 72小时； 通过上述步骤，制备出低密度的ITO蒸镀靶材。
2.如权利要求I所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是ΙΤ0材料的纯度在99. 99%或以上，相对密度为60 64%，ITO靶材中In2O3的质量百分含量为90 98%，SnO2的质量百分含量为2 10%，且In2O3和SnO2的质量总和为100%。
3.如权利要求I所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是所使用的原料为锡掺杂的氧化铟纳米粉体，其相成分为In2O3单相结构，锡均匀掺杂于氧化铟中。
4.如权利要求I所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是在步骤ニ中所使用的ITO纳米粉体通过高温预烧进行钝化处理，使晶粒初步长大，活性降低；升温速率为每分钟I IO0Co
5.如权利要求I所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是步骤四中的干燥方式有电热、红外和沸腾干燥。
6.如权利要求I所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是步骤七中烧结温度1400 1650°C，升温速率为每分钟5 12°C ;烧结的气体为氧气，氧气压カ为常压或无压。
7.采用如权利要求I所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法所制备的低密度ITO靶材进行电子束蒸发镀膜，其特征是当ITO薄膜厚度为250nm吋，455nm处的透光率大于97%，方块电阻小于10 Ω /sq,能够满足GaN基短波长LED透明电极的要求。
全文摘要
本发明涉及一种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，通过采用高活性、单分散的ITO纳米粉体作为原料，通过高温预烧制、掺脂、造粒处理，得到性能均匀的造粒ITO粉，再经过成型、脱脂处理后，在常压或无压的氧气气氛中烧结而成。本发明具有生产安全、低成本的优势，所制备的ITO蒸镀靶材能有效防止蒸镀中出现的破裂和喷溅现象，并且具有较好的均匀性和成膜特性。
文档编号C04B35/01GK102731068SQ20121022824
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者周贤界, 苏中华, 许积文, 郑子涛 申请人:韶关西格玛技术有限公司