СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДНОЙ МИШЕНИ, СОСТОЯЩЕЙ ИЗ DyInO3 Российский патент 2019 года по МПК B22F3/12 B22F9/24 C04B35/01 C23C14/08 

Изобретение относится к области оптоэлектронной технологии и предназначено для создания прозрачных проводящих металлоксидных пленок. Более конкретно, изобретение относится к области производства оксидных керамических мишеней, являющихся источником материала, содержащего индий и диспрозий, для магнетронного нанесения пленок в оптоэлектронике.

Ведущие мировые производители оптоэлектроники используют магнетронные оксидные мишени при производстве тонкопленочных прозрачных проводящих покрытий для экранов телевизоров, планшетов, смартфонов и т.д. Наиболее востребованными в настоящее время являются пленки оксида индия, легированного оловом (ITO, от англ. Indium - tinoxide), благодаря наличию у них уникального сочетания высокой прозрачности в видимом диапазоне спектра (80%) и низкого удельного сопротивления ≤10^-3 Ом⋅см).

В патентной публикации (US №20030178752 А1, МПК B22F 9/16, C01G 15/00, C01G 19/00, опубл. 25.09.2003) описан способ получения высокоплотной мишени ITO при определенных условиях синтеза исходного порошка. Суть метода заключалась в следующем: порошок In₂O₃ с удельной площадью поверхности 18 м²/г получали осаждением водного раствора нитрата индия In(NO₃)₃ 28%-ным раствором NH₄OH до рН=8. Полученный осадок выдерживали в течение 18-24 часов, отделяли с помощью центрифуги и промывали. Вымытый осадок сушили при 100°С в печи и измельчали с использованием шаровой мельницы. Измельченный порошок прокаливали при 700°С в течение 2 часов. Полученный таким образом порошок In₂O₃ и порошок SnO₂, имеющий удельную площадь поверхности 10 м²/г, смешивали в массовом соотношении 90:10. Порошковую смесь формовали в заранее определенную форму и спекали. Полученная ITO мишень шириной 20 см, длиной 15 см и высотой 1 см имела плотность 7,13 г/см³.

Недостатком этой мишени, а также других ITO мишеней, полученных керамическими способами синтеза, при которых готовят смесь компонентов заданного состава и дисперсности, прессуют ее и спекают (Ю.М. Таиров, В.Ф. Цветков. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. М.: Высшая школа, 1990, 423 с), является образование на участках эрозии поверхности мишени в результате напыления пленки мельчайших выступов (наростов). 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 ее качества. Неоднородность мишени, в том числе и ее почернение в результате восстановления в процессе распыления, приводит к появлению так называемого аномального электрического разряда, который будет причиной нестабильного плазменного разряда, что является проблемой, так как в таком случае стабильное магнетронное напыление не может быть осуществлено. Поэтому при формировании проводящей пленки на подложке необходимо периодически удалять наросты и почерневшие слои на распыляемой мишени, что является проблемой, так как это существенно уменьшает производительность.

Наиболее близким аналогом керамической мишени по изобретению и способа ее получения (прототипом) является патент (US №8,038,911 В2, МПК C01F 17/00, С23С 14/08, опубл. 18.10.2011), в котором раскрыта керамическая мишень, состоящая из оксидов индия и диспрозия. Оксидная мишень представляет собой спеченный оксид, содержащий индий (In) и диспрозий (Dy) в виде DyInO₃. По сравнению с объектом, который просто состоит из In₂O₃ и Dy₂O₃, эта мишень имеет высокую проводимость. Мишень имеет небольшую степень почернения поверхности и отсутствие аномального разряда в процессе распыления. Плотность мишени составляет 6,94 г/см³. Ее изготовление включает следующие этапы:

1. Подготовка пресс-порошков путем измельчения и смешивания с помощью бисерной мельницы или аналогичного устройства в течение 5 и более часов исходных материалов в виде соединений индия и диспрозия (оксида индия, гидроксида индия, оксида диспрозия, карбоната диспрозия, оксалата диспрозия или других). Для достижения размеров частиц порошка от 0,1 мкм до нескольких мкм измельчение проводят во влажной среде. Что требует дальнейшей сушки порошка и гранулирования.

2. Измельченные порошки формуют при давлении 4 т/см² в заданную форму и полученный в результате формованный продукт спекают в течение 10 часов Условием спекания является температура от 1000 до 1600°С, предпочтительно от 1250 до 1450°С. Если температура ниже 1000°С, соединение DyInO₃ не может быть сформировано из-за низкой реакционной способности Dy₂O₃. Если температура превышает 1600°С, методом сублимации или термического разложения In₂O₃ состав мишени может быть изменен и соединение DyInO₃ начнет разлагаться.

Недостатком мишени по прототипу является длительность технологии ее изготовления за счет многочасовых процессов измельчения порошков и спекания формовок, что увеличивает энергозатраты рассматриваемого способа изготовления мишени.

Задачей настоящего изобретения является снижение энергозатрат при изготовлении оксидной керамической мишени, содержащей индий и диспрозий за счет снижения длительности процессов подготовки пресс-порошков и их спекания.

Поставленная задача достигается тем, что получают порошок DyInO₃ путем растворения In(NO₃)₃ и Dy(NO₃)₃ в дистиллированной воде, последующего химического соосаждения гидроксидов диспрозия и индия из полученного раствора водным раствором аммиака при рН 10 с последующей термообработкой полученного порошка на воздухе при 700°С в течение 1 ч, а спекание отформованных порошков проводят при 1350°С в течение 1 часа. Плотность полученной мишени составляет 7,12 г/см³. Повышение плотности мишени и уменьшение времени спекания отформованного порошка по сравнению с мишенью прототипа объясняется значительно меньшими размерами частиц порошка (менее 0,0001 миллиметра), получаемыми методом химического соосаждения.

Примером конкретного исполнения предлагаемой мишени является мишень представляющая собой спеченный оксид, содержащий индий (In) и диспрозий (Dy) в виде соединения DyInO₃. Берут 150, 42 г In(NO₃)₃ и 174,26 г и Dy(NO₃)₃, растворяют в 50 мл дистиллированной воды, при перемешивании добавляют NH₄OH до рН раствора 10, образовавшийся осадок из гидроксидов промывают горячей дистиллированной водой, отфильтровывают, высушивают при 100°С и отжигают на воздухе при 700°С в течение 1 часа. Полученный порошок перетирают в керамической ступке, прессуют при давлении 4 кг/см² и спекают в течение 1 часа при температуре 1350°С. Полученная керамическая мишень представляет собой спеченный оксид состава DyInO₃ с плотностью 7,12 г/см³.

Подтверждение достижения технического результата при иных режимах спекания полученного порошка заключается в том, что изменение режимов спекания мишени приводит к изменению ее химического состава и плотности. При спекании в течение 1 часа при температурах до 1300°С в составе мишени присутствуют соединения DyInO₃, Dy₂O₃, In₂O₃, максимальная плотность мишени составляет 4,35 г/см³. При спекании в течение 1 часа при температуре 1400°С в составе мишени присутствуют соединения DyInO₃, Dy₂O₃, плотность мишени при данной температуре составляет 6,42 г/см³.

Изобретение относится к получению мишени, состоящей из DyInO₃. Получают порошок DyInO₃ путем растворения In(NO₃)₃ и Dy(NO₃)₃ в дистиллированной воде, последующего химического соосаждения гидроксидов диспрозия и индия из полученного раствора водным раствором аммиака при рН 10 с последующей термообработкой полученного порошка на воздухе при 700°С в течение 1 ч. Проводят прессование порошка при давлении 4 кг/см² при температуре 1350°С в течение 1 ч, а затем осуществляют спекание. Обеспечивается получение керамической мишени с плотностью 7,12 г/см³ при снижении энергозатрат при ее изготовлении за счет уменьшения длительности процессов подготовки пресс-порошков и их спекания. 1 пр.

Способ получения мишени, состоящей из DyInO₃, включающий прессование и спекание порошка, отличающийся тем, что получают порошок DyInO₃ путем растворения In(NO₃)₃ и Dy(NO₃)₃ в дистиллированной воде, последующего химического соосаждения гидроксидов диспрозия и индия из полученного раствора водным раствором аммиака при рН 10 с последующей термообработкой полученного порошка на воздухе при 700°С в течение 1 ч, а спекание отформованных порошков проводят после прессования при давлении 4 кг/см² при температуре 1350°С в течение 1 часа.