氧化物烧结体、氧化物溅射靶和导电性氧化物薄膜以及氧化物烧结体的制造方法_2

文档序号:9720419阅读:来源:国知局
与低电阻化为相反的特性,从 而难以进行特性调节。这是因为,在ZnO的含量多的情况下,虽然由ZnO的氧空位产生的导 电性为主,但是该氧空位一方面表现出导电性(低电阻化),另一方面产生光吸收(低透射 率化)。但是,通过在该体系中添加规定比例的锡(Sn),虽然想要形成ΙΖΤ0的同周期结构 (homologous structure)(结晶化),但是在派射这样的骤冷成膜的条件下未结晶而能够实 现非晶化。另外,这样的锡的添加能够兼顾高透射率化与低电阻化,因此特性的调节变得容 易。认为这是因为通过添加锡而使上述的导电性机理发生了变化。
[0032] 此外,添加规定比例的锡具有的第二作用效果是赋予良好的蚀刻性、耐高温高湿 性。
[0033] 在本发明中,使In的含量相对于Ti的含量以原子数比计满足关系式3.0 < In/ Ti < 5. 0。超出该范围时,不能得到所期望的光学特性、电特性。特别是,原子数比In/Ti小 于3. 0时,成为高电阻,另一方面,原子数比In/Ti超过5. 0时,存在的问题是光吸收增大, 并且不能得到高折射率。但是,即使在超出上述范围的情况下,如果In的含量相对于Ti的 含量以原子数比计为2. 5 < In/Ti < 7. 0,也能够得到比较良好的光学特性、电特性。
[0034] 另外,在本发明中,使Zn和Sn的合计含量相对于In和Ti的合计含量以原子数比 计满足关系式0. (Zn+SnV(In+Ti) <3.0。超出该范围时,不能得到所期望的光学特 性、电特性,因此不优选。特别是,原子数比(Zn+SnV(In+Ti)小于0. 1时,存在的问题是高 电阻,另一方面,原子数比(Zn+SnV(In+Ti)超过3.0时,存在的问题是,膜发生结晶化,而 且光吸收增大。但是,即使在超出上述范围的情况下,如果Zn和Sn的合计含量相对于In 和Ti的合计含量以原子数比计为0. 1彡(Zn+SnV(In+Ti)彡3. 5,也能够得到比较良好的 光学特性、电特性。
[0035] 此外,在本发明中,使Zn的含量相对于Sn的含量以原子数比计满足关系式 0. 5 < Zn/Sn < 7. 0。超出该范围时,不能得到所期望的光学特性、电特性,因此不优选。特 别是,原子数比Zn/Sn小于0. 5时,成为高电阻,另一方面,Zn/Sn超过7. 0时,存在的问题 是,膜发生结晶化,而且光吸收增大。但是,即使在超出上述范围的情况下,如果Zn的含量 相对于Sn的含量以原子数比计为0. 1彡Zn/Sn彡10. 0,也能够得到比较良好的光学特性、 电特性。
[0036] 本发明的烧结体虽然特征在于,铟(In)、钛(Ti)、锌(Zn)和锡(Sn)满足上述的原 子数比,但是各成分的含量优选为:1η含量按Ιη203换算为5~50摩尔%,Ti含量按TiO 2 换算为4~40摩尔%,Zn含量按ZnO换算为4~60摩尔%,Sn含量按SnO换算为5~40 摩尔%。这样的组成范围的烧结体靶对于得到优良的光学特性、电特性的导电性薄膜是有 效的。需要说明的是,在上述中记载了按氧化物换算的烧结体中的各金属的含量,这是因为 用氧化物调节原料的配合较为方便。另外,对于通常的分析装置而言,能够确定各金属元素 的含量(重量% )而不是氧化物的含量。因此,为了确定靶的各组成,用设想各氧化物而换 算的量(摩尔%)来确定各金属元素的含量即可。
[0037] 在本发明的烧结体作为溅射靶使用的情况下,优选其相对密度为90%以上。密度 的提尚具有以下效果:能够提尚派射I旲的均勾性,而且能够抑制派射时粉粒的广生。相对密 度为90%以上可以通过后述的本发明的烧结体的制造方法来实现。
[0038] 另外,在本发明的烧结体作为溅射靶使用的情况下,优选体积电阻率为10Qcm以 下。通过降低体积电阻率,能够通过DC溅射进行成膜。DC溅射与RF溅射相比,成膜速度更 快,溅射效率更优良,能够提高生产能力。需要说明的是,根据制造条件的不同,有时也进行 RF溅射,但是即使是在这种情况下,成膜速度也提高。
[0039] 本发明的通过溅射制作的薄膜的特征在于其为非晶膜。非晶膜特别适合作为挠性 器件用材料、低水透过率(防止水分)的材料。另外,本发明的薄膜能够实现波长550nm下 的折射率为2. 05以上。另外,本发明的薄膜能够实现波长405nm下的消光系数为0. 05以 下。此外,本发明的薄膜能够实现体积电阻率为lMQcm以下。这样的高折射率且透射率高 的导电性薄膜作为光学调节用薄膜可用于显示器、触控面板等光学器件。特别是,本发明能 够得到波长405nm下的消光系数为0. 05以下且在可见光的短波长区域内几乎无吸收的高 折射率的膜,因此可以说是用于得到所期望的光学特性的优良的材料体系。
[0040] 本发明的烧结体优选通过如下方式制造,将包含各构成金属的氧化物粉末的原料 粉末在惰性气体气氛或真空气氛下、在900°C以上且1300°C以下进行加压烧结;或者将原 料粉末压制成形,然后将该成形体在惰性气体气氛或真空气氛下、在l〇〇〇°C以上且1500°C 以下进行常压烧结。在加压烧结中低于900°C、在常压烧结中低于1000°C时,不能得到高密 度的烧结体;另一方面,在加压烧结中超过1300°C、在常压烧结中超过1500°C时,由于材料 的蒸发而导致发生组成偏差、密度降低,因此不优选。另外,在超过1300°C下进行加压烧结 时,也有可能与碳制模具发生反应。压制压力优选设定为150~500kgf/cm 2。需要说明的 是,在专利文献4中,为了使固溶有Zn和Sn两者的Ιη203相析出,进行两段烧结,由此降低 体积电阻率,但是在本发明中由于通过氧空位来赋予导电性,因此不进行这样的两段烧结。
[0041] 此外,为了提高密度,有效的是在将原料粉末称量、混合后,对该混合粉末进行煅 烧(合成),然后将其进行微粉碎,将微粉碎后的粉末作为烧结用粉末使用。通过这样进行 预合成和微粉碎,能够得到均匀微细的原料粉末,从而能够制作致密的烧结体。关于微粉碎 后的粒径,平均粒径为5 μm以下,优选平均粒径为2 μm以下。另外,煅烧温度优选设定为 800°C以上且1200°C以下。通过设定为这样的范围,烧结性变得良好,能够进一步高密度化。
[0042] 本发明(包括实施例、比较例)中的评价方法等如下所述。
[0043] (关于成分组成)
[0044] 装置:SII公司制造的SPS3500DD
[0045] 方法:ICP-0ES (高频电感耦合等离子体发光分析法)
[0046] (关于密度测定)
[0047] 尺寸测定(游标卡尺)、重量测定
[0048] (关于相对密度)
[0049] 如下所述,使用理论密度计算。
[0050] 相对密度(%)=表观密度/理论密度X 100
[0051 ] 理论密度由各金属元素的氧化物换算配合比计算。
[0052] 在将In的按Ιη203换算重量设为a (重量% )、将Ti的按TiO 2换算重量设为b (重 量% )、将Zn的按ZnO换算重量设为c (重量% )、将Sn的按Sn02换算重量设为d (重量% ) 时,
[0053] 理论密度=10(V(a/7. 18+b/4. 26+c/5. 61+d/7. 0)。
[0054] 另外,各金属元素的氧化物换算密度使用下述值。
[0055] In203:7. 18g/cm3、Ti02:4. 26g/cm 3、
[0056] ZnO :5. 61g/cm3、Sn02:7. Og/cm 3
[0057] (关于体积电阻率、表面电阻率)
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