РАСПЫЛЯЕМАЯ МИШЕНЬ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ГАЛЛИЯ-ОКСИДА ЦИНКА, СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКОЙ ПРОЗРАЧНОЙ ПРОВОДЯЩЕЙ ПЛЕНКИ И ТОНКАЯ ПРОЗРАЧНАЯ ПРОВОДЯЩАЯ ПЛЕНКА Российский патент 2009 года по МПК C04B35/453 C23C14/34 C23C14/06 G02B1/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к распыляемой мишени на основе серий оксид галлия (Ga₂O₃) оксид цинка (ZnO) (мишени на основе GZO серий) для получения прозрачной проводящей пленки, способной сохранять благоприятный коэффициент оптической прозрачности и проводимость. Настоящее изобретение также относится к способу формирования прозрачной проводящей пленки, используя такую мишень, и к прозрачной проводящей пленке, полученной таким образом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Условно, как прозрачная проводящая пленка, ITO пленка (то есть пленка, в которой олово добавлено в оксид индия) превосходит в прозрачности и проводимости и широко использовалась как прозрачный электрод (пленка) дисплеев приборов, таких как жидкокристаллический дисплей и электролюминесцентный дисплей, а также в солнечных батареях. Тем не менее, поскольку индий является основным компонентом ITO и является дорогим, возникает проблема, которая заключается в том, что стоимость производства будет возрастать.

Вследствие вышеизложенных причин, предлагается использование GZO пленки в качестве заместителя для ITO пленки. Эта GZO пленка имеет преимущество, поскольку представляет собой серию пленок на основе оксида цинка, содержащую оксид галлия (Ga₂O₃)-оксид цинка (ZnO), являющегося ее основным и не дорогим компонентом. Пленка GZO известна благодаря неожиданному явлению возрастания проводимости в результате кислородной недостаточности в ZnO, который является ее основным компонентом. Возрастание использования такой GZO пленки может произойти, если характеристики пленки, такие как проводимость и оптическая прозрачность, будут близкими с аналогичными характеристиками для ITO пленки.

В качестве метода формирования GZO пленки в основном используется метод напыления, в особенности метод распыления постоянным током (DC), метод радиочастотного (RF) распыления, или магнетронное распыление; которые используются с точки зрения работоспособности и устойчивости пленки.

Формирование пленки основано на методе распыления, который сопровождается физическим соударением положительно заряженного иона, такого как ион Ar, с мишенью, нанесенной на отрицательный электрод. Использование такой энергии соударения позволяет выделить материал для придания формы мишени и расслоить пленку, которая имеет приблизительно одинаковый состав с материалом мишени подложки на противоположном - положительном - электроде.

Покрытие, изготовленное при использовании вышеупомянутого метода распыления, характеризуется способностью формировать как тонкую пленку порядка ангстрема, так и толстую пленку в несколько десятков мкм с постоянной скоростью напыления путем регулирования времени процесса и прилагаемой мощности.

Несколько предложений было сделано относительно спеченного изделия распыляемой мишени для формирования этого типа GZO пленки и прозрачной проводящей пленки, полученной таким образом.

Например, патентный документ 1 предлагает мишень из спеченного изделия, в котором аномальный электрический разряд не происходит ни в одной из частей мишени и который способен формировать устойчивую тонкую пленку. В патентном документе 1 мишень из спеченного изделия Ga₂O₃-ZnO используется как часть материала мишени, а оксид цинка используется как основной компонент с добавкой оксида титана, оксида германия, оксида алюминия, оксида магния, оксида индия или оксида олова, по выбору, от 1 до 5% по массе.

Патентный документ 2 предлагает распыляемую мишень из спеченного изделия на основе GZO без какого бы то ни было аномального электрического разряда, и которое способно формировать устойчивую тонкую пленку. В патентном документе 2 предлагается технология для пульверизации порошков оксида цинка и оксида галлия размером зерна 1 µм или менее, регулируя температуру спекания от 1300 до 1550°С, и улучшения плотности путем проведения спекания при введении кислорода.

Патентный документ 3 предлагает распыляемую мишень из спеченного изделия на основе GZO с высоким коэффициентом прозрачности и низким значением сопротивления, и в котором вероятность возникновения аномального электрического разряда очень мала на протяжении длительного периода времени. В патентном документе 3 предлагалось спеченное изделие на основе серий ZnO, в котором Ga добавлен от 3 до 7 ат.%, а третий элемент, выбранный из Al, В, Ge, Si, Sn и Ti, добавлен от 0,3 до 3 ат.%.

Патентный документ 4 предлагает технологию проведения спекания в атмосфере водорода или инертного газа для того, чтобы избежать изменений в электрических и оптических характеристиках, которые обусловлены взаимодействием оксида цинка с влагой.

В целом, основная проблема формирования GZO пленки заключается в том, что мельчайшие выступы, называемые наростами, имеют место на участках эрозии поверхности мишени в результате напыления. Крупные зерна (частицы) держатся на поверхности в распылительной камере, что вызвано аномальным электрическим разрядом и разбрызгиванием из-за таких наростов. Такие частицы прилипают к образованной пленке и служат причиной ухудшения качества. Далее, упомянутый выше аномальный электрический разряд будет причиной нестабильного плазменного разряда, что является проблемой, так как в таком случае, стабильное напыление не может быть осуществлено.

Поэтому, при формировании проводящей пленки на подложке, необходимо периодически удалять наросты, попавшие на распыляемую мишень, при этом встает проблема, так как это существенно ухудшает производительность. Таким образом, требуется мишень, которая не производит наросты или аномальный электрический разряд.

В особенности, в последнее время, имеет место тенденция увеличения размеров дисплеев, при этом требуется напыление на большую площадь. Таким образом, в особенности, существует потребность в мишени, которая способна к стабильному напылению.

В вышеупомянутых патентных документах указывается проблема аномального электрического разряда, и как мера уменьшения такого аномального электрического разряда, в вышеописанном патентном документе 1, оксид титана, оксид германия, оксид алюминия, оксид магния, оксид индия и оксид олова выборочно добавлены от 1 до 5 мас.%. В патентном документе 3 третий элемент, выбранный из Al, В, In, Ge, Si, Sn и Ti, добавлен от 0,3 до 3 ат.%.

В каждом из вышеупомянутых документов предпринимаются попытки не допустить аномального электрического разряда путем увеличения плотности спеченного изделия и уменьшения количества отверстий в спеченном изделии. Тем не менее, даже при использовании таких добавочных веществ возникает проблема, которая заключается в том, что плотность после спекания не может существенно возрасти, и значение сопротивления основной массы (объема) останется высоким.

Более того, хотя существует возможность усовершенствовать процесс производства мишени, сложность производственного процесса приведет к возрастанию цен. В добавление, когда предпринимаются попытки увеличить плотность путем совершенствования метода спекания или прибора, возникает проблема, которая заключается в том, что оборудование должно быть расширено, что не может рассматриваться как промышленно эффективный метод.

Понятно, что путем добавления микроэлементов, т.е. путем изменения компонентного состава спеченного изделия GZO, возможно улучшить плотность мишени, предотвратить образование наростов и подавить явление формирования аномального электрического разряда и частиц, что было бы простым и эффективным методом. Тем не менее, изменение компонентного состава приведет к ухудшению значения объемного сопротивления мишени, и, поскольку плотность после спекания не будет непременно улучшена, возникает проблема, которая заключается в том, что примеры, описанные в вышеупомянутых патентных документах, недостаточны в качестве мер преодоления традиционных проблем.

[Патентный документ 1], выложенный японский патент №Н10-306367

[Патентный документ 2], выложенный японский патент №Н10-297964

[Патентный документ 3], выложенный японский патент №Н11-256320

[Патентный документ 4], выложенный японский патент №2002-363732

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В свете вышеописанных проблем традиционной технологии, распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия (Ga₂O₃)-оксид цинка (ZnO) (мишени серий GZO) данного изобретения улучшает проводимость и плотность путем добавления следовых количеств специфического элемента. Другими словами, настоящее изобретение обеспечивает мишень, способную путем улучшения компонентного состава увеличить плотность после спекания, подавить образование наростов и предотвратить явление формирования аномального электрического разряда и частиц. Данное изобретение, далее, предоставляет способ формирования прозрачной проводящей пленки, используя такую мишень, и прозрачную проводящую пленку, полученную таким образом.

Основываясь на вышеописанном, данное изобретение обеспечивает:

1) Распыляемую мишень высокой плотности из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, содержащую 0,002-0,05 мас.% (20-500 мас. млн д.) оксида алюминия.

2) Распыляемую мишень высокой плотности из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, по вышеописанному пункту 1), которая содержит 0,1-10 оксида галлия мас.%.

3) Распыляемую мишень высокой плотности из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка по вышеописанным пунктам 1) или 2), плотность после спекания которой составляет 5,55 г/см³ или выше.

4) Распыляемую мишень высокой плотности из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, по вышеописанным пунктам 1) или 3), величина удельного сопротивления мишени составляет 3,0 мОм·см или менее.

5) Способ формирования прозрачной проводящей пленки, для формирования тонкой пленки, полученной из оксида галлия-оксида цинка, содержащего 0,002-0,05 мас.% (20-500 мас. млн д.) оксида алюминия, на подложке на основе метода распыления, используя мишень на основе серий оксид галлия-оксид цинка, содержащую 0,002-0,05 мас.% (20-500 мас. млн д.) оксида алюминия.

6) Способ формирования прозрачной проводящей пленки по вышеописанному пункту 5), где прозрачная проводящая пленка содержит 0,1-10 мас.% оксида галлия.

7) Прозрачную проводящую пленку с повышенной проводимостью, полученную из серий оксида галлия-оксида цинка, содержащего 20-500 млн д. мас. оксида алюминия, и сформированную на подложке путем распыления; и

8) Прозрачную проводящую пленку с повышенной проводимостью по вышеописанному пункту 7), причем прозрачная проводящая пленка содержит 0,1-10 мас.% оксида галлия.

Эффективность изобретения

Представляется возможным значительно увеличить плотность мишени при сохранении коэффициента объемного сопротивления на неизменном уровне при использовании распыляемой мишени на основе серий оксид галлия (Ga₂O₃)-оксид цинка (ZnO) (мишени серий GZO) данного изобретения, содержащей 0,002-0,05 мас.% (20-500 мас. млн д.) оксида алюминия (Al₂O₃). Как результат, настоящее изобретение приводит к увеличению производительности, будучи способным получать мишень, которая предотвращает образование наростов, в процессе распылительного осаждения, уменьшает аномальный электрический разряд в течение долгого периода времени и предотвращает образование частиц.

Более того, как результат использования такой мишени, настоящее изобретение дает значительный эффект в том смысле, что представляется возможным сформировать прозрачную проводящую пленку, имеющую высокий коэффициент прозрачности и низкое значение сопротивления, и обеспечить прозрачную проводящую пленку, полученную таким образом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой график, показывающий взаимосвязь добавленного количества оксида алюминия (Al₂O₃) и плотности после спекания и коэффициента объемного сопротивления в том случае, когда спекание образцов серии мишени GZO и сравнительных образцов проводится при 1400°С;

Фиг.2 представляет собой график, показывающий взаимосвязь добавленного количества оксида алюминия (Al₂O₃) и плотности после спекания и коэффициента объемного сопротивления в том случае, когда спекание образцов серии мишени GZO и сравнительных образцов проводится при 1450°С; и

Фиг.3 представляет собой график, показывающий взаимосвязь добавленного количества оксида алюминия (Al₂O₃) и плотности после спекания и коэффициента объемного сопротивления в том случае, когда спекание образцов серии мишени GZO и сравнительных образцов проводится при 1500°С.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вообще говоря, проводимость прозрачной проводящей пленки представляется как поверхностное удельное сопротивление слоя (Ом/□), и, обычно, требуется поверхностное удельное сопротивление слоя приблизительно в 5 Ом/□. В применении в экране жидкокристаллического дисплея, описанного выше, требуется более высокая разрешающая способность жидкокристаллического экрана и меньшее поверхностное удельное сопротивление слоя. Поверхностное удельное сопротивление слоя представляется как значение, полученное путем разделения удельного сопротивления на толщину прозрачной проводящей пленки.

Проводимость участка прозрачной проводящей пленки представлена как произведение проводимости (противоположной удельному сопротивлению) и толщины пленки, и эту проводимость σ (Ом^-1·см^-1) представляют как произведение заряда е (кулон) и подвижности носителя заряда µ (см²/V·с) носителя (электронной дырки или электрона), содержащегося в пленке, и концентрации носителя заряда n (см^-3) (σ(Ом^-1·см^-1)=е·µ·n).

Поэтому, для того, чтобы улучшить проводимость прозрачной проводящей пленки и уменьшить удельное сопротивление (также называемое сопротивлением) и поверхностное сопротивление, необходимо увеличить подвижность носителя заряда µ (см²/V·с) и/или концентрацию носителя заряда n (см^-3).

Распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка настоящего изобретения для получения прозрачной проводящей пленки превосходно подходит как мишень для формирования прозрачной проводящей пленки, имеющей такие характеристики. Предпочтительно добавленное содержание оксида галлия находится в пределах от 0,1 до 10 мас.%, и более предпочтительно в пределах от 2 до 7 мас.%.

Вышеописанная плотность мишени является фактором, влияющим на характеристики пленки в течение процесса спекания. Более высокая плотность мишени приводит к меньшему образованию наростов, и возникновение аномального электрического разряда и частиц может быть подавлено в течение долгого периода времени. В результате может быть получена подходящая пленка со стабильными характеристиками распыления.

Между тем, поскольку коэффициент объемного сопротивления мишени прямо отражается на удельном сопротивлении прозрачной проводящей пленки, необходимо подавить увеличение коэффициента объемного сопротивления на столько, насколько это возможно.

Было найдено, что в качестве легирующей добавки, позволяющей достичь высокой плотности распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка данного изобретения, очень эффективным явилось добавление 20-500 млн д. мас., оксида алюминия (Al₂O₃). Более того, оксид алюминия имеет свойство растворяться в GZO, что поддерживает значение объемного сопротивления на низких уровнях, как описано позднее. Добавление такого оксида алюминия является наиболее важным аспектом настоящего изобретения.

Если содержания оксида алюминия менее 20 млн д. мас., то поскольку невозможно достичь высокой плотности мишени, поэтому оксид алюминия добавляется до 20 млн д. мас. или более. Между тем, если содержание оксида алюминия превышает 500 млн д. мас., плотность после спекания ухудшается радикально и коэффициент объемного сопротивления имеет тенденцию к увеличению. Чрезмерное добавление оксида алюминия также повлечет за собой проблему возникновения трещин в мишени. Поэтому необходимо удерживать содержание оксида алюминия на уровне 500 млн д. мас. или менее.

Более того, плотность после спекания распыляемой мишени высокой плотности из спеченного изделия на основе серий оксид галлия и оксид цинка согласно данному изобретению способна достигать значения 5,55 г/см³ или выше, и даже 5,6 г/см³ или выше путем произвольного выбора условий спекания.

Более того, значение объемного сопротивления распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка согласно данному изобретению, способно достигать значения 3 мОм или менее. Обычная распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка данного изобретения не способна одновременно достигать высокой плотности, где плотность после спекания составляет 5,6 г/см³ или выше и значение объемного сопротивления 3 мОм или менее.

Поскольку значение объемного сопротивления прямо отражается на удельном сопротивлении прозрачной проводящей пленки, возможно получить прозрачную проводящую пленку серий оксид галлия-оксид цинка, содержащую от 0,1 до 10 мас.% оксида галлия, и которая превосходит в проводимости и оптической прозрачности.

Нет никаких особенных ограничений в технологии изготовления GZO согласно данному изобретению, поэтому приготовлено установленное количество (0,1-10 мас.%) порошка оксида галлия (Са₂О₃), следовые количества (20-500 млн д. мас.) порошка оксида алюминия (Al₂O₃) и оставшееся количество оксида цинка (ZnO).

Вообще говоря, для того чтобы улучшить плотность мишени было бы предпочтительным, перед формированием, измельчить порошок как можно мельче. Обычно для процесса пульверизации использовались циркониевые шарики или контейнер, покрытый цирконием. Пульверизационная среда, сама по себе, не будет являться загрязняющим источником (источником загрязнения). Таким образом, имеется существенное преимущество, которое заключается в том, что уровень пульверизации может быть улучшен, и может быть получена распыляемая мишень, имеющая более высокую чистоту и более высокую плотность по сравнению с традиционной технологией.

Смешение и пульверизацию проводят в мельнице тонкого помола, и может быть получена смешенная суспензия порошка со средним размером 0,8 мкм. Эту суспензию гранулируют для того, чтобы получить шаровидный гранулированный порошок. Затем, гранулированный порошок может быть объектом прессования в пресс-форме и далее объектом для CIP (холодное изостатическое прессование). Далее, этот брикет является объектом для спекания в атмосфере кислорода при температуре от 1000 до 1600°С в течение 1-5 часов, чтобы получить спеченное изделие.

В этой связи, условия спекания могут меняться произвольно, и технология производства порошка может отличаться от метода, описанного выше, при этом не существует никаких особых ограничений. Таким образом, возможно достичь плотности после спекания в 5,55 г/см³ или выше, и даже 5,6 г/см³ или выше.

Это спеченное изделие растирают, разрезают и преобразуют в форму напыления установленной формы. Таким образом, получают распыляемую мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, содержащую от 0,1 до 10 мас.% оксида галлия.

Следовательно, распыляемая мишень из спеченного изделия используется для выполнения напыления постоянным током (DC), радиочастотным (RF) напылением, или магнетронным напылением на стеклянную подложку для формирования электродной пленки. В качестве подложки используется стекло с нормальной оптической прозрачностью, при этом не существует ни каких особых ограничений на стекло, которое может быть использовано.

Поскольку распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка обладает проводимостью, она может быть легко нанесена методом напыления постоянным током (DC).

Поэтому предпочтительно использовать напыление постоянным током (DC) для выполнения напыления, поскольку этот метод наиболее простой, высоконадежный и наиболее устойчивый. Характерные примеры условий напыления постоянным током (DC) приведены ниже.

Условия напыления могут быть изменены произвольно.

Напыляющий газ Ar: 90-100%, O₂: 10-0% Давление напыляющего газа 0,1-5 Ра Электроэнергия 0,2-6 Вт/см² Скорость напыления приблизительно 100-300 Å/мин Температура подложки от комнатной температуры до 300°С

Примеры

Далее приводятся примеры настоящего изобретения. Эти примеры носят иллюстративный характер и не ограничивают изобретение. Другими словами, настоящее изобретение следует лимитировать только объемом прав и следует включать различные другие модификации, нежели только Примеры настоящего изобретения.

Примеры 1-4

Порошок Al₂O₃, имеющий после пульверизации в циркониевой среде средний размер гранулы 1 µм или менее, был взвешен до 20 млн д. мас. (Пример 1), 50 млн д. мас. (Пример 2), 200 млн д. мас. (Пример 3) и 500 млн д. мас. (Пример 4). Далее, порошок Ga₂O₃ взвешивали до 5 мас.%, и остаток представляет собой оксид цинка (ZnO). Этот порошок смешивали и измельчали в мельнице тонкого помола с шариками диоксида циркония (AL₂O₃) или бисером в качестве пульверизационной среды, чтобы получить смешенную суспензию порошка со средним размером 0,8 мкм.

Эту суспензию гранулируют для того, чтобы получить шаровидный гранулированный порошок. Гранулированный порошок был объектом прессования в пресс-форме и далее объектом для CIP (холодного изостатического прессования). Полученный брикет спечен в атмосфере кислорода при температуре 1500°С в течение четырех часов, чтобы получить спеченное изделие. Это спеченное изделие растирается и разрезается и преобразуется в распыляемую мишень установленной формы.

Была измерена плотность и значение объемного сопротивления полученного спеченного изделия. Результаты показаны в Таблицах 1-3. Далее результаты показаны на графике, проиллюстрированном на Фиг.1. В этой связи, содержание оксида алюминия (Al₂O₃) в мишени было определено путем измерения количества алюминия с помощью ICP (метод индуктивно-связанной плазмы), и найденное количество Al₂O₃ приведено относительно общего количества мишени. Количество Al₂O₃, содержащееся в мишени, было приблизительно такое же, как добавленное количество перед спеканием.

Плотность мишени была измерена с помощью метода Архимеда. Далее, значение объемного сопротивления было измерено беспорядочным установлением места измерений в 5 местах через весь объект мишени для зеркальной полировки, и было использовано среднее значение такого измерения, используя метод четырех проб на глубине позиции 2 мм от поверхности плоскости разрезания.

Таблица 1 Спекание при 1400°С   Концентрация Al₂O₃ Плотность после спекания Удельное сопротивление Коэффициент
покрытия при образовании наростов Количество аномальных электрических
разрядов   (мас. млн д.) (г/см³) (мОм·см) (%) После 10 часов Пример 1 20 5,43 3,18Е+00 0,791 420 Пример 2 50 5,42 3,43Е+00 0,811 429 Пример 3 200 5,47 3,50Е+00 0,641 350 Пример 4 500 5,29 1,20Е+01 1,262 641 Сравните-
льный
пример 1 0 5,23 2,09Е+05 - - Сравните-
льный
пример 2 1000 5,10 1,28Е+06 - - Сравните-льный
пример 3 2000 5,11 2,02Е+06 - - Сравните-
льный
пример 4 5000 5,08 1,24Е+07 - -

Таблица 2 Спекание при 1450°С   Концентрация Al₂O₃ Плотность
после спекания Удельное сопротивление Коэффициент
покрытия при образовании наростов Количество аномальных электрических
разрядов   (мас. млн д.) (г/см³) (мОм·см) (%) После 10 часов Пример 1 20 5,56 2,60Е+00 0,345 211 Пример 2 50 5,60 2,69Е+00 0,218 152 Пример 3 200 5,54 2,94Е+00 0,417 245 Пример 4 500 5,48 3,14Е+00 1,621 341 Сравните-
льный
пример 1 0 5,39 3,17Е+00 0,925 483 Сравните-
льный
пример 2 1000 5,27 5,60Е+00 1,341 678 Сравните-
льный
пример 3 2000 5,25 5,63Е+00 1,401 705 Сравните-
льный
пример 4 5000 5,21 7,73Е+06    

Таблица 3 Спекание при 1500°С   Концентрация Al₂O₃ Плотность после спекания Удельное сопротивление Коэффициент
покрытия при образовании наростов Количество аномальных электрических
разрядов (мас. млн д.) (г/см³) (мОм·см) (%) После 10 часов Пример 1 20 5,60 2,16Е+00 0,241 163 Пример 2 50 5,60 2,11Е+00 0,244 164 Пример 3 200 5,59 2,45Е+00 0,270 176 Пример 4 500 5,60 2,49Е+00 0,231 158 Сравните-
льный
пример 1 0 5,60 2,23Е+00 0,250 169 Сравните-
льный
пример 2 1000 5,38 2,65Е+00 0,946 490 Сравните-
льный
пример 3 2000 5,38 2,74Е+00 0,973 510 Сравните-
льный
пример 4 5000 5,31 3,70Е+00 1,204 610

Таблица 1 и Фиг.1 показывают случаи спекания при 1400°С, Таблица 2 и Фиг.2 показывают случаи спекания при 1450°С, и Таблица 3 и Фиг.3 показывают случаи спекания при 1500°С. Как видно из Таблицы 1 и Таблицы 3 и из Фиг.1 и Фиг.3, имеет место тенденция увеличения плотности и уменьшения значения объемного сопротивления при увеличении температуры спекания от 1400°С до 1500°С.

Тем не менее, при увеличении температуры спекания материал начинает испаряться (улетучиваться), и поскольку количество испаренного материала отличается, в зависимости от компонентного состава мишени, возможно, будет встречаться колебание состава. В частности, при температуре 1400°С или выше частично будет испаряться оксид цинка с поверхности мишени, при этом, при увеличении температуры, испарение становится более заметным. Хотя необходимо удалить слой объекта, где наблюдается колебание состава, если количество таких слоев на поверхности объекта возрастает, в результате спекания при высоких температурах, встает проблема, которая заключается в том, что количество слоев, которые нужно срезать, возрастет, тогда выход годных изделий ухудшится.

Даже больше, чем энергетические потери в результате спекания при высокой температуре, вышеупомянутое колебание состава должно быть подавлено насколько это возможно. С этой точки зрения, желательно проводить спекание при температуре 1400°С или меньшей, насколько это возможно, или по крайней мере в ее близости.

Следовательно, хотя спекание при низких температурах желательно, поскольку это приведет к низкой плотности и высокому коэффициенту объемного сопротивления, было бы идеально установить баланс между ними и выбрать температуру согласно требуемым условиям плотности и коэффициента объемного сопротивления в мишени.

Таблица 1 и Фиг.1 показывают случай спекания при 1400°С и Примеры распыляемой мишени у спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка высокой плотности, в которую было добавлено 20-500 млн д. мас. оксида алюминия, которые показали значительные улучшения в плотности и значении объемного сопротивления в сравнении с распыляемой мишенью из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, в которые не был добавлен Al₂O₃ (Сравнительный Пример 1 описан позднее).

Другими словами, мишень Примеров имеет плотность 5,29-5,47 г/см³, значение объемного сопротивления 3,18-12,0 мОм·см, и очевидно, что получены благоприятная высокая плотность и низкое значение объемного сопротивления.

Таблица 2 и Фиг.2 показывают случай спекания при 1450°С и Примеры распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка высокой плотности, в которые было добавлено 20-500 млн д. мас. оксида алюминия, которые показали значительные улучшения в плотности и значении объемного сопротивления в сравнении с распыляемой мишенью из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, в которые не был добавлен Al₂O₃ (Сравнительный Пример 1 описан позднее). Другими словами, мишень Примеров имеет плотность 5,48-5,60 г/см³, значение объемного сопротивления 2,60-3,14 мОм·см, и очевидно, что получены более благоприятная высокая плотность и низкое значение объемного сопротивления.

Таблица 3 и Фиг.3 показывают случай спекания при 1500°С и Примеры распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка высокой плотности, в которые было добавлено 20-500 млн д. мас. оксида алюминия, которые показали значительные улучшения в плотности и значении объемного сопротивления в сравнении с распыляемой мишенью из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, в которые не был добавлен Al₂O₃ (Сравнительный Пример 1 описан позднее). Другими словами, мишень Примеров имеет плотность 5,59-5,60 г/см³, значение объемного сопротивления 2,11-2,49 мОм·см.

Из вышеупомянутых Примеров очевидно, что добавление оксида алюминия позволяет достичь более высокой плотности и более низкого значения объемного сопротивления, что превосходит мишень, без добавления оксида алюминия в случаях проведения спекания при низких температурах, то есть при 1400°С, 1450°С и 1500°С.

Впоследствии эта распыляемая мишень была использована для выполнения напыления постоянным током (DC) на стеклянную подложку, используя нижеперечисленные условия, и образование наростов (коэффициент покрытия, укрывистости) и аномальный электрический разряд были получены и измерены. Образование наростов (коэффициент покрытия, укрывистости) был измерен на основе измерения шероховатости поверхности спустя один час после начала распыления и аномальный электрический разряд был измерен на основе аномального электрического разряда спустя пять часов после распыления.

Напыляющий газ: Ar 100% Давление напыляющего газа: 0,6 Ра Электроэнергия: 1500 Вт Скорость напыления: 120 Å/мин

В результате коэффициент покрытия при образовании наростов был низким, и с трудом можно было наблюдать какое-то количество аномальных электрических разрядов в течение спекания, пять часов после спекания. Далее, как показано в таблицах 1-3, число аномальных электрических разрядов оставалось чрезвычайно низким даже десять часов после напыления.

Далее, было изучено удельное сопротивление (Ом·см) напыления и характеристики коэффициента прозрачности пленки % при 550 нм, но они были сопоставимы со стандартной ITO пленкой и показали благоприятный коэффициент оптической прозрачности и высокую проводимость. В вышеупомянутых Примерах, хотя объяснен случай относительно распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, имеющих 5 мас.% добавленного количества Ga₂O₃, аналогичный эффект может быть получен до тех пор, пока оксид галлия добавляют в пределах от 0,1 до 10 мас.%.

Сравнительные Примеры 1-4

Сравнительный Пример 1 не содержит добавленного количества порошка Al₂O₃, порошок Al₂O₃, имеющий средний размер гранулы 1 мкм или менее, после пульверизации в циркониевой среде был соответствующим образом взвешен до 1000 млн д. мас. (Сравнительный Пример 2), до 2000 млн д. мас. (Сравнительный Пример 3) и до 5000 млн д. мас. (Сравнительный Пример 4), далее порошок Ga₂O₃ взвешен до 5 мас.%, и остаток представляет собой оксид цинка (ZnO).

Впоследствии этот порошок смешан и размельчен в мельнице тонкого помола с шариками (бисером) диоксида циркония (Al₂O₃) в качестве пульверизационной среды, чтобы получить смешенную суспензию порошка со средним размером 0,8 мкм. Эту суспензию гранулируют для того, чтобы получить шаровидный гранулированный порошок.

Гранулированный порошок был объектом прессования в пресс-форме и далее объектом для CIP (холодное изостатическое прессование). Полученный брикет спечен в атмосфере при температуре 1400°С, 1450°С и 1500°С в течение пяти часов соответственно, чтобы получить спеченное изделие. Это спеченное изделие растирается и разрезается и преобразуется в форму напыления установленной формы.

Была измерена плотность и значение объемного сопротивления полученного спеченного изделия. Результаты аналогичным образом показаны в Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3. Далее, результаты показаны на графиках, проиллюстрированных на Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3. В этой связи, плотность и значение объемного сопротивления оксида алюминия (Al₂O₃), содержащегося в мишени, устанавливались теми же методами, что и в случае с Примерами.

Как показано в Таблице 1 и на Фиг.1 в случае Сравнительного Примера 1, который не содержит добавленного количества оксида алюминия, в распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка плотность после спекания была 5,23 г/см³, а значение объемного сопротивления 2,09×10⁵ мОм·см (2,09Е+05 мОм·см) при проведении спекания при 1400°С, плотность после спекания была 5,39 г/см³, а значение объемного сопротивления 3,17 мОм·см при проведении спекания при 1450°С и плотность после спекания была 5,52 г/см³, а значение объемного сопротивления 3,00 мОм·см при проведении спекания при 1500°С.

Как показано выше, в таких же низкотемпературных условиях проведения спекания эти Сравнительные Примеры показали более низкую плотность и более высокое значение объемного сопротивления по сравнению с Примерами, и очевидно, что эти Сравнительные Примеры не отвечают требованиям так, как распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка.

Распыляемая мишень из спеченного изделия оксид галлия-оксид цинка, содержащая 1000 млн д. мас. Al₂O₃, показанная в Сравнительном Примере 2, показала радикальное ухудшение плотности, когда спекание проводилось при температуре 1400°С, когда спекание проводилось при температуре 1450°С и когда спекание проводилось при температуре 1500°С и привело к значительно более низкой плотности в сравнении с Примерами. Далее, значение объемного сопротивления было чрезвычайно высоким, когда спекание проводилось при температуре 1400°С. Более того, значение объемного сопротивления имело тенденцию постепенно увеличиваться, когда спекание проводилось при 1450°С и когда спекание проводилось при 1500°С. Очевидно, что ни один из Сравнительных Примеров не отвечает требованиям так, как мишень.

Впоследствии, в таких же условиях, как и в случае с Примерами, эти мишени из спеченного изделия использовались для выполнения напыления постоянным током (DC) на стеклянную подложку для того, чтобы сформировать электродную пленку, используя нижеперечисленные условия.

Как и с Примерами, образование наростов (коэффициент покрытия) было измерено на основе измерения шероховатости поверхности спустя один час после начала распыления, и аномальный электрический разряд был измерен на основе аномального электрического разряда спустя пять часов после распыления. Результаты показаны в Таблице 1.

Когда распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, не содержащая добавочного количества оксида алюминия Сравнительного Примера 1, с добавлением 1000 млн д. мас. оксида алюминия Сравнительного Примера 2, с добавлением 2000 млн д. мас. оксида алюминия Сравнительного Примера 3, с добавлением 5000 млн д. мас. оксида алюминия Сравнительного Примера 4, были спечены при 1400°С, объемное сопротивление было настолько высоким, что напыления постоянным током (DC) не могло быть выполнено. В добавление, когда спекание было выполнено при 1450°С распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка с добавлением 5000 млн д. мас. оксида алюминия, объемное сопротивление было слишком высоким и напыление постоянным током (DC) не могло быть выполнено.

Далее, мишени, спеченные при 1450°С и 1500°С, могут быть использованы в напылении постоянным током (DC), но при этом коэффициент покрытия при образовании наростов был худший, а число аномальных электрических разрядов было многочисленно.

Между тем, для распыляемой мишени из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка, показанной в Сравнительном Примере 2, 3 и 4, в соответственных случаях, когда спекание выполнялось при 1400°С, при 1450°С и при 1500°С, по сравнению с Примерами, коэффициент покрытия при образовании наростов был худший, а число аномальных электрических разрядов было многочисленно. В добавление, для распыляемой мишени из спеченного изделия на основе оксид галлия-оксид цинка с добавкой 5000 млн д. мас. оксида алюминия наблюдалось образование трещин.

Как описано выше, добавление соответствующего количества оксида алюминия может улучшить свойства напыления; в особенности, возможно, ингибировать коэффициент покрытия при образовании наростов, сдерживать возникновение аномального электрического разряда, обусловленного такими наростами, подавлять образование частиц, обусловленных брызгами аномального электрического разряда, и эффективно подавлять ухудшение качества проводящей пленки.

Тем не менее, эти эффекты не могут быть достигнуты, если количество добавленного оксида алюминия менее чем 20 млн д. мас., при этом возникают проблемы, которые заключается в том, что возрастает значение объемного сопротивления, не может быть улучшена плотность после спекания, и образуются трещины, если количество добавленного оксида алюминия превышает 500 млн д. мас. Таким образом, применимо установить количество добавляемого оксида алюминия в пределах от 20 до 500 млн д. мас.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Распыляемая мишень из спеченного изделия на основе серий оксид галлия-оксид цинка настоящего изобретения содержит 20-500 млн д. мас. оксида алюминия, посредством чего возможно значительно увеличить плотность мишени и сохранять величину объемного сопротивления на постоянном значении. Как результат, настоящее изобретение способно ингибировать образование наростов в течение процесса напыления, уменьшать аномальный электрический разряд в течение долгого периода времени и предотвратить образование частиц. Поэтому возможно получать прозрачную проводящую пленку, способную на поддержание благоприятного оптического коэффициента прозрачности и проводимости.

Таким образом, настоящее изобретение может быть широко использовано как прозрачный электрод (пленка) экранов приборов, таких как жидкокристаллический дисплей и электролюминесцентный дисплей, а также в солнечных батареях.

Изобретение относится к распыляемой мишени для получения тонкой прозрачной проводящей пленки. Распыляемая спеченная мишень на основе оксида галлия-оксида цинка содержит 0,002-0,05 мас.% оксида алюминия и имеет плотность после спекания 5,55 г/см³ или выше. В частных случаях осуществления изобретения распыляемая мишень содержит 0,1-10 мас.% оксида галлия, имеет удельное сопротивление 3,0 мОм·см или менее. Способ формирования тонкой прозрачной проводящей пленки на основе оксида галлия-оксида цинка, содержащей 0,002-0,05 мас.% оксида алюминия на подложке, включает распыление упомянутой спеченной мишени. Получается мишень с увеличенной после спекания плотностью, которая предотвращает образование наростов в процессе распылительного осаждения, а также подавляется возникновение аномального электрического разряда и частиц. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Распыляемая спеченная мишень на основе оксида галлия-оксида цинка, содержащая 0,002-0,05 мас.% оксида алюминия, имеющая плотность после спекания 5,55 г/см³ или выше.

2. Распыляемая мишень по п.1, содержащая 0,1-10 мас.% оксида галлия.

3. Распыляемая мишень по п.1 или 2, в которой удельное сопротивление составляет 3,0 мОм·см или менее.

4. Распыляемая мишень по п.3, в которой удельное сопротивление составляет 3,0 мОм·см или менее.

5. Способ формирования тонкой прозрачной проводящей пленки на основе оксида галлия-оксида цинка, содержащей 0,002-0,05 мас.% оксида алюминия на подложке, включающий распыление спеченной мишени на основе оксида галлия-оксида цинка, содержащей от 0,002 до 0,05 мас.% оксида алюминия и имеющей плотность 5,55 г/см³ или выше.

6. Способ по п.5, в котором прозрачная проводящая пленка содержит от 0,1 до 10 мас.% оксида галлия.

7. Тонкая прозрачная проводящая пленка с улучшенной проводимостью, которая получена способом по п.5.

8. Пленка с улучшенной проводимостью по п.7, которая содержит 0,1-10 мас.% оксида галлия.