JP2012140276A - Zinc oxide-based transparent conductive film forming material, target using the same, method for forming zinc oxide-based transparent conductive film, and transparent conductive substrate - Google Patents
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Abstract
【課題】実用に耐えうる導電性を保ちながら、かつ耐候性、耐熱性等の化学的耐久性を備え、パターニングの際に適当なエッチングレートを有する透明導電膜を成膜するためのターゲットに用いることができる酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、その製造方法、それを用いたターゲット、および酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法を提供する。
【解決手段】本発明の透明導電膜形成材料は、酸化亜鉛を主成分とし、フッ化ガリウムおよびフッ化アルミニウムのうち少なくとも一方を含み、さらにチタンを含む酸化亜鉛系透明導電膜形成材料であり、全金属原子数に対するチタンの原子数の割合が2%超10%以下であり、全金属原子数に対するフッ化ガリウムおよびフッ化アルミニウムの一方または両方の金属原子数の割合が0.1%以上5%以下であり、かつチタン源として、一般式:TiO2-X(X=0.1〜1)で表される低原子価酸化チタンを用いた酸化物焼結体である。
【選択図】 なし[PROBLEMS] To use a target for depositing a transparent conductive film having a suitable etching rate during patterning, having chemical durability such as weather resistance and heat resistance while maintaining conductivity that can be practically used. A zinc oxide-based transparent conductive film forming material, a method for producing the material, a target using the same, and a method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film are provided.
A transparent conductive film-forming material of the present invention is a zinc oxide-based transparent conductive film-forming material containing zinc oxide as a main component, containing at least one of gallium fluoride and aluminum fluoride, and further containing titanium. The ratio of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms is more than 2% and not more than 10%, and the ratio of the number of metal atoms of one or both of gallium fluoride and aluminum fluoride to the total number of metal atoms is 0.1% or more and 5 %, And as a titanium source, an oxide sintered body using low-valent titanium oxide represented by the general formula: TiO 2-X (X = 0.1-1).
[Selection figure] None
Description
本発明は、スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザー堆積(PLD)法またはエレクトロンビーム(EB)蒸着法により酸化亜鉛系透明導電膜を形成する際に用いられるターゲット等として有用な酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、それを用いたターゲット、酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法、およびそのターゲットから製膜した透明導電性基板に関する。 The present invention is an oxide sintering useful as a target used when forming a zinc oxide-based transparent conductive film by sputtering, ion plating, pulse laser deposition (PLD), or electron beam (EB) vapor deposition. The present invention relates to a zinc oxide-based transparent conductive film forming material, a target using the same, a method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, and a transparent conductive substrate formed from the target.
透明導電膜は可視光透過性と電気伝導性を兼ね備えた膜であり、太陽電池や、液晶表示素子、受光素子の電極など幅広い分野で利用されている。
透明導電膜としては酸化インジウムに酸化錫を添加したスズドープ酸化インジウム(ITO)膜が知られており、該ITO膜はスパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザ堆積法(PLD)法、エレクトロンビーム(EB)蒸着法、スプレー法といった成膜方法により製造され、また利用されている。
しかし、その原料となるインジウムはレアメタルであり、資源量、価格等に問題があるため、その代替材料が求められている。
The transparent conductive film is a film having both visible light transmittance and electrical conductivity, and is used in a wide range of fields such as solar cells, liquid crystal display elements, and electrodes of light receiving elements.
As a transparent conductive film, a tin-doped indium oxide (ITO) film in which tin oxide is added to indium oxide is known. The ITO film is formed by sputtering, ion plating, pulsed laser deposition (PLD), electron beam ( EB) Manufactured and used by film forming methods such as vapor deposition and spraying.
However, indium as a raw material is a rare metal, and there are problems in the amount of resources, price, and the like, so an alternative material is required.
代替材料の候補として、酸化亜鉛系、酸化錫系、酸化チタン系、水酸化マグネシウム系などの透明導電膜が提案されている。
その中でも酸化亜鉛系透明導電膜として、3価の元素である酸化アルミニウムもしくは酸化ガリウムを酸化亜鉛に添加したアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)膜、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)膜が提案されており、ITO膜と比較しても遜色のない導電性、透明性を有した膜が製造されている。
これら透明導電膜の成膜方法として、真空成膜法であるPLD法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などや、非真空系成膜方法であるスプレー法、ゾルゲル法などが提案されている。
As alternative material candidates, transparent conductive films such as zinc oxide, tin oxide, titanium oxide, and magnesium hydroxide have been proposed.
Among them, as zinc oxide-based transparent conductive films, aluminum-doped zinc oxide (AZO) films and gallium-doped zinc oxide (GZO) films in which aluminum oxide or gallium oxide, which is a trivalent element, is added to zinc oxide have been proposed, A film having conductivity and transparency comparable to that of an ITO film is manufactured.
As a method for forming these transparent conductive films, a PLD method that is a vacuum film formation method, a sputtering method, an ion plating method, a spray method that is a non-vacuum film formation method, a sol-gel method, and the like have been proposed.
酸化亜鉛系透明導電膜については、上述のように、透明性や導電性についてはITO膜と比肩しうる値が得られているが、温度や湿度に対する耐久性(耐候性)が劣ることや、また素子を製造する際のパターニング時に、エッチングレートが速すぎてパターニングが困難であるなどの問題がある。 As for the zinc oxide-based transparent conductive film, as described above, a value comparable to that of the ITO film has been obtained for transparency and conductivity, but durability (weather resistance) against temperature and humidity is inferior, In addition, there is a problem in that patterning is difficult because the etching rate is too high during patterning when manufacturing an element.
このような耐候性、および化学的な脆弱性といった性質は、異種の金属元素を添加することにより制御できることが知られており、特許文献1には、酸化亜鉛に酸化チタンTiO2と酸化ガリウムをコドープしたターゲットを使用して、スパッタリング法やイオンプレーティング法などにより、耐久性に優れたが酸化亜鉛系透明導電膜が得られることが記載されている。 It is known that such properties as weather resistance and chemical vulnerability can be controlled by adding different kinds of metal elements. Patent Document 1 discloses that titanium oxide TiO 2 and gallium oxide are added to zinc oxide. It is described that a zinc oxide-based transparent conductive film having excellent durability can be obtained by a sputtering method or an ion plating method using a co-doped target.
しかしながら、特許文献1では、2価の元素である亜鉛元素の結晶中サイトに4価の元素であるTi元素が置換固溶していることから、電荷のバランスの崩れが大きく、結晶構造のひずみが大きいことや、イオン性不純物散乱の要因となることから、十分な導電性を発現することが困難である。 However, in Patent Document 1, since the Ti element, which is a tetravalent element, is substituted and dissolved in the site in the crystal of the zinc element, which is a divalent element, the charge balance is greatly lost, and the crystal structure is distorted. Therefore, it is difficult to express sufficient conductivity.
本発明は、前記問題点を解決したものであり、実用に耐えうる導電性を保ちながら、かつ耐候性、耐熱性等の化学的耐久性を備え、パターニングの際に適当なエッチングレートを有する透明導電膜を成膜するためのターゲットに用いることができる酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、それを用いたターゲット、酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法、および透明導電性基板を提供することを課題とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, has a chemical durability such as weather resistance and heat resistance while maintaining conductivity that can withstand practical use, and has a suitable etching rate during patterning. PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zinc oxide-based transparent conductive film forming material that can be used as a target for forming a conductive film, a target using the same, a method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, and a transparent conductive substrate And
本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、酸化亜鉛を母体とし、そこに所定量のフッ化アルミニウムもしくはフッ化ガリウムと、さらに低原子価酸化チタン(たとえばチタン元素が2価または3価等)とを添加することにより得られる酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を用いて製造された透明導電膜が温度や湿度に対して十分な耐候性をもち、さらに適度なエッチングレートを有することを見出し、本発明を完成するに至った。
特にフッ素をドープすることにより、キャリア電子移動度が大きくなることにより、近赤外領域透過性(780nm〜1500nm)を低下させずにさらなる低抵抗化が可能になることを見出した。
また、フッ素を真空プロセスで成膜する際、成膜雰囲気にフッ素系のガスを導入してフッ素をドープする試みはなされているが、均一に再現性よく、フッ素を導入することが困難であったが、酸化物焼結体中にフッ素をドープすることにより、均一に再現性よく、膜中にフッ素を導入することが可能であることを見出した。
As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made zinc oxide as a base material, and a predetermined amount of aluminum fluoride or gallium fluoride, and further, low-valent titanium oxide (for example, titanium element). The transparent conductive film produced by using the zinc oxide-based transparent conductive film forming material obtained by adding 2 or 3) has sufficient weather resistance with respect to temperature and humidity, and more appropriate etching. It has been found that it has a rate, and the present invention has been completed.
In particular, it has been found that by doping with fluorine, the carrier electron mobility is increased, so that the resistance can be further reduced without reducing the near-infrared region transparency (780 nm to 1500 nm).
In addition, when fluorine is formed by a vacuum process, attempts have been made to dope fluorine by introducing a fluorine-based gas into the film formation atmosphere, but it is difficult to introduce fluorine uniformly and with good reproducibility. However, it has been found that by doping fluorine in the oxide sintered body, it is possible to introduce fluorine into the film uniformly and with good reproducibility.
すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
(1)酸化亜鉛を主成分とし、フッ化ガリウムおよびフッ化アルミニウムのうち少なくとも一方を含み、さらにチタンを含む酸化亜鉛系透明導電膜形成材料であり、全金属原子数に対するチタンの原子数の割合が2%超10%以下であり、全金属原子数に対するフッ化ガリウムおよびフッ化アルミニウムの一方または両方の金属原子数の割合が0.1%以上5%以下であり、かつチタン源として、一般式:TiO2-X(X=0.1〜1)で表される低原子価酸化チタンを用いた酸化物焼結体であることを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。
(2)前記酸化物焼結体の相対密度が93%以上である前記(1)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。
(3)スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザ堆積(PLD)法またはエレクトロンビーム(EB)蒸着法による成膜に用いられるターゲットであって、前記(1)または(2)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を加工してなることを特徴とするターゲット。
(4)前記(3)に記載のターゲットを用いて、スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザ堆積法(PLD)法またはエレクトロンビーム(EB)蒸着法により酸化亜鉛系透明導電膜を形成する、ことを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法。
(5)透明基材上に、前記(4)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法により成膜された酸化亜鉛系透明導電膜を備える、ことを特徴とする透明導電性基板
That is, this invention consists of the following structures.
(1) A zinc oxide-based transparent conductive film forming material containing zinc oxide as a main component, containing at least one of gallium fluoride and aluminum fluoride, and further containing titanium, and the ratio of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms Is more than 2% and 10% or less, the ratio of the number of metal atoms of one or both of gallium fluoride and aluminum fluoride to the total number of metal atoms is 0.1% or more and 5% or less, and as a titanium source, A zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, which is an oxide sintered body using low-valent titanium oxide represented by the formula: TiO 2-X (X = 0.1-1).
(2) The zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to (1), wherein the relative density of the oxide sintered body is 93% or more.
(3) A target used for film formation by sputtering, ion plating, pulse laser deposition (PLD), or electron beam (EB) vapor deposition, wherein the zinc oxide according to (1) or (2) A target obtained by processing a transparent conductive film forming material.
(4) A zinc oxide-based transparent conductive film is formed by sputtering, ion plating, pulsed laser deposition (PLD), or electron beam (EB) evaporation using the target described in (3). A method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, wherein:
(5) A transparent conductive substrate comprising a zinc oxide-based transparent conductive film formed by the method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film according to (4) above on a transparent substrate.
本発明の透明導電膜形成材料は、酸化亜鉛を主成分とし、フッ化アルミニウムもしくはフッ化ガリウムと、3価あるいは2価等の低原子価チタン元素とをドープしたものであるので、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法、EB蒸着法などによって、透明導電膜を成膜するためのターゲットとして好適に用いることができ、形成された透明導電膜は、パターニングの際に適当なエッチングレートを有する。
また、形成された酸化亜鉛系透明導電膜は、優れた導電性と共に、高い耐候性および化学的耐久性[耐熱性、耐湿性、耐候性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐酸性)など]を備える。しかも、このようにして形成された透明導電膜は、希少金属であり毒性を有するインジウムを必須としないという利点も有するので、工業的に極めて有用である。
Since the transparent conductive film-forming material of the present invention is mainly composed of zinc oxide and doped with aluminum fluoride or gallium fluoride and a low-valent titanium element such as trivalent or divalent, a sputtering method, It can be suitably used as a target for forming a transparent conductive film by ion plating, PLD, EB vapor deposition, etc., and the formed transparent conductive film has an appropriate etching rate during patterning. .
In addition, the formed zinc oxide-based transparent conductive film has excellent electrical conductivity as well as high weather resistance and chemical durability [heat resistance, moisture resistance, weather resistance, chemical resistance (alkali resistance, acid resistance, etc.)]. Prepare. In addition, the transparent conductive film formed in this manner is extremely useful industrially because it has the advantage that it does not require toxic indium, which is a rare metal.
以下、本発明を更に詳細に説明するが、下記の記載は一実施様態であり、本発明の要旨を外れない限り、本発明は以下の記載により制限を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the following description is one embodiment, and the present invention is not limited by the following description unless it departs from the gist of the present invention.
(酸化亜鉛系透明導電膜形成材料)
本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料は、実質的に亜鉛と、チタンと、アルミニウムおよび/またはガリウムと、酸素と、フッ素とからなる酸化物焼結体である。
ここで、「実質的」とは、酸化物焼結体を構成する全原子の99%以上が、亜鉛と、チタンと、ガリウムおよび/またはアルミニウムと、フッ素と、酸素とからなることを意味する。
(Zinc oxide-based transparent conductive film forming material)
The material for forming a zinc oxide-based transparent conductive film of the present invention is an oxide sintered body substantially composed of zinc, titanium, aluminum and / or gallium, oxygen, and fluorine.
Here, “substantially” means that 99% or more of all atoms constituting the oxide sintered body are composed of zinc, titanium, gallium and / or aluminum, fluorine, and oxygen. .
本発明における酸化物焼結体においては、チタンの原子数が全金属原子数に対して2%超10%以下の割合で含有されていることが重要であり、好ましくは、チタンの原子数が全金属原子数に対して3%以上9%以下となる割合であり、より好ましくは4%以上8%以下となる割合である。チタンの原子数の割合が2%未満であると、この酸化物焼結体をターゲットとして形成された膜の耐薬品性など化学的耐久性が不充分となるおそれがある。一方、チタンの原子数の割合が10%を超えると、酸化チタンが亜鉛サイトに十分置換固溶できなくなり、この酸化物焼結体をターゲットとして形成された膜の導電性や透明性が低下するおそれがある。 In the oxide sintered body in the present invention, it is important that the number of titanium atoms is contained in a ratio of more than 2% and not more than 10% with respect to the total number of metal atoms. The ratio is 3% or more and 9% or less, more preferably 4% or more and 8% or less with respect to the total number of metal atoms. If the proportion of titanium atoms is less than 2%, chemical durability such as chemical resistance of a film formed using this oxide sintered body as a target may be insufficient. On the other hand, when the ratio of the number of atoms of titanium exceeds 10%, titanium oxide cannot be sufficiently substituted and dissolved in zinc sites, and the conductivity and transparency of a film formed using this oxide sintered body as a target are lowered. There is a fear.
また、酸化物焼結体においては、フッ化ガリウムまたはフッ化アルミニウムの金属原子数、すなわちガリウムまたはアルミニウムの原子数は、全金属原子数に対して0.1%以上5%以下の割合であるのがよい。フッ化ガリウムまたはフッ化アルミニウムの金属原子数の割合が0.1%未満であると、形成された膜の導電性の向上効果が不十分となるおそれがある。一方、5%を超えると、ガリウムまたはアルミニウムが亜鉛サイトに置換固溶解しきれなくなり、結晶粒界に析出し、形成された膜の導電性、透過率が不十分となるおそれがある。
なお、AlF3とGaF3は、両方を用いても構わない。その場合、AlF3およびGaF3の金属原子数のトータル量が、前記したように、全金属原子数に対して0.1%以上5%以下の割合となる条件を満たせばよい。
In the oxide sintered body, the number of metal atoms of gallium fluoride or aluminum fluoride, that is, the number of atoms of gallium or aluminum is a ratio of 0.1% to 5% with respect to the total number of metal atoms. It is good. If the ratio of the number of metal atoms of gallium fluoride or aluminum fluoride is less than 0.1%, the effect of improving the conductivity of the formed film may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 5%, gallium or aluminum cannot be completely substituted and dissolved in the zinc site and is precipitated at the crystal grain boundary, so that the conductivity and transmittance of the formed film may be insufficient.
Both AlF 3 and GaF 3 may be used. In that case, the total amount of the metal atoms of AlF 3 and GaF 3 only needs to satisfy the condition that the ratio is 0.1% or more and 5% or less with respect to the total number of metal atoms as described above.
本発明における酸化物焼結体は、酸化亜鉛相と、チタン酸亜鉛化合物相と、フッ化アルミニウム相および/またはフッ化ガリウム相とから構成されるか、または、チタン酸亜鉛化合物相並びにフッ化アルミニウム相および/またはフッ化ガリウム相から構成されることが好ましい。このように酸化物焼結体中にチタン酸亜鉛化合物相が含まれていると、酸化物焼結体自体の強度が増すので、過酷な条件(高電力など)で成膜条件においても膜形成材料にクラックが生じたりすることがない。
前記酸化物焼結体は、実質的に酸化チタン相を含有しないことが好ましい。
ここで、チタン酸亜鉛化合物相とは、具体的には、ZnTiO3、Zn2TiO4のほか、これらの亜鉛サイトにチタン元素、ガリウム元素、アルミニウム元素、また、酸素サイトにフッ素が固溶されたもの;酸素欠損が導入されているもの;Zn/Ti比がこれらの化合物から僅かにずれた非化学量論組成のものも含むものとする。
酸化亜鉛相とは、具体的には、ZnOのほか、これにチタン元素、ガリウム元素、アルミニウム元素、フッ素元素が固溶されたもの;酸素欠損が導入されているもの;亜鉛欠損により非化学量論組成となったものも含むものとする。なお、酸化亜鉛相は、通常、ウルツ鉱型構造をとる。
酸化チタン相とは、具体的には、Ti2O3(III)、TiO(II)等の低原子化酸化チタンとする。
The oxide sintered body in the present invention is composed of a zinc oxide phase, a zinc titanate compound phase, an aluminum fluoride phase and / or a gallium fluoride phase, or a zinc titanate compound phase and a fluoride. It is preferably composed of an aluminum phase and / or a gallium fluoride phase. When the zinc titanate compound phase is contained in the oxide sintered body in this way, the strength of the oxide sintered body itself increases, so film formation under severe conditions (high power, etc.) even under film formation conditions There will be no cracks in the material.
It is preferable that the oxide sintered body does not substantially contain a titanium oxide phase.
Here, the zinc titanate compound phase specifically includes ZnTiO 3 , Zn 2 TiO 4 , titanium element, gallium element, aluminum element at these zinc sites, and fluorine at the oxygen site. Including oxygen introduced vacancies; non-stoichiometric compositions with slightly different Zn / Ti ratios from these compounds.
Specifically, the zinc oxide phase includes ZnO, titanium element, gallium element, aluminum element, and fluorine element dissolved therein; oxygen deficiency introduced; non-stoichiometric amount due to zinc deficiency It also includes those that have a theoretical composition. The zinc oxide phase usually has a wurtzite structure.
Specifically, the titanium oxide phase is low-atomized titanium oxide such as Ti 2 O 3 (III) or TiO (II).
本発明における酸化物焼結体は、酸化亜鉛粉末と、酸化チタン粉末と、フッ化アルミニウム粉末および/またはフッ化ガリウム粉末とを混合しプレス成形したものである。
酸化チタン粉末としては酸化チタン(III)、酸化チタン(II)が好ましい。
The oxide sintered body in the present invention is obtained by mixing and press-molding zinc oxide powder, titanium oxide powder, aluminum fluoride powder and / or gallium fluoride powder.
As the titanium oxide powder, titanium oxide (III) and titanium oxide (II) are preferable.
本発明における酸化物焼結体は、必須元素である亜鉛、チタン、アルミニウムおよび/またはガリウム、酸素、フッ素、後述する添加元素のほかに、例えば、インジウム、イリジウム、ルテニウム、レニウムなどの他の元素を、不純物として含有していてもよい。不純物として含有される元素の合計含有量は、原子比で、酸化物焼結体を構成する全金属元素の総量に対して0.5%以下であることが好ましい。 In addition to the essential elements zinc, titanium, aluminum and / or gallium, oxygen, fluorine, and additional elements described later, the oxide sintered body in the present invention includes other elements such as indium, iridium, ruthenium, rhenium, and the like. May be contained as an impurity. The total content of elements contained as impurities is preferably 0.5% or less in terms of atomic ratio with respect to the total amount of all metal elements constituting the oxide sintered body.
本発明における酸化物焼結体は、錫、シリコン、ゲルマニウム、ジルコニウム、ハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(以下、これらを「添加元素」ということがある)をも含有することが好ましい。このような添加元素を含有することによって、この酸化物焼結体をターゲットとして形成される膜の比抵抗に加え、酸化物焼結体自体の比抵抗も低下させることができる。例えば、直流スパッタリング時の成膜速度は、スパッタリングターゲットとする酸化物焼結体の比抵抗に依存し、酸化物焼結体自体の比抵抗を下げることにより、成膜時の生産性を向上させることができる。添加元素を含有する場合、その全含有量は、原子比で、酸化物焼結体を構成する全金属元素の総量に対して0.05%以下であることが好ましい。添加元素の含有量が前記範囲よりも多いと、酸化物焼結体をターゲットとして形成される膜の比抵抗が増大するおそれがある。 The oxide sintered body in the present invention may also contain at least one element selected from the group consisting of tin, silicon, germanium, zirconium, and hafnium (hereinafter, these may be referred to as “additive elements”). preferable. By containing such an additive element, the specific resistance of the oxide sintered body itself can be reduced in addition to the specific resistance of the film formed using the oxide sintered body as a target. For example, the deposition rate during DC sputtering depends on the specific resistance of the oxide sintered body as a sputtering target, and the productivity during film formation is improved by lowering the specific resistance of the oxide sintered body itself. be able to. When an additive element is contained, the total content is preferably 0.05% or less with respect to the total amount of all metal elements constituting the oxide sintered body in terms of atomic ratio. When there is more content of an additional element than the said range, there exists a possibility that the specific resistance of the film | membrane formed using an oxide sintered compact as a target may increase.
本発明における酸化物焼結体は、相対密度が93%以上、好ましくは95〜100%であるのがよい。ここで、相対密度とは、酸化物焼結体の密度を理論密度で除し、100を掛けたものと定義する。相対密度が93%未満であると、酸化物焼結体の特徴である、安定に放電して成膜速度が速い、という特徴を損なわれるおそれがある。 The oxide sintered body in the present invention has a relative density of 93% or more, preferably 95 to 100%. Here, the relative density is defined as the density of the oxide sintered body divided by the theoretical density and multiplied by 100. If the relative density is less than 93%, the characteristic of the oxide sintered body, that is, stable discharge and a high film formation rate may be impaired.
(酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法)
本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料は、低原子価酸化チタン粉と、酸化亜鉛粉または水酸化亜鉛粉と、フッ化アルミニウム粉および/またはフッ化ガリウム粉との混合粉を含む原料粉末を成形した後、得られた成形体を焼結することにより製造される。
(Method for producing zinc oxide-based transparent conductive film forming material)
The zinc oxide-based transparent conductive film forming material of the present invention is a raw material powder containing a mixed powder of low-valent titanium oxide powder, zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, and aluminum fluoride powder and / or gallium fluoride powder. After being molded, the obtained molded body is manufactured by sintering.
前記原料粉末としては、酸化チタン粉と、酸化亜鉛粉または水酸化亜鉛粉と、フッ化アルミニウム粉および/またはフッ化ガリウム粉との混合粉を含めばよく、例えば、混合粉そのものであってもよいし、混合粉に上述した、例えば、インジウム、イリジウム、ルテニウム、レニウムなどの他の元素;添加元素などの粉末が上述した範囲内で含有していてもよい。 The raw material powder may include a mixed powder of titanium oxide powder, zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, aluminum fluoride powder and / or gallium fluoride powder. Alternatively, the mixed powder may contain other elements such as, for example, indium, iridium, ruthenium, and rhenium; powders such as additive elements within the above-described range.
前記低原子価酸化チタン粉としては、Ti2O3、TiO等の低原子価酸化チタンの粉末を用いることができ、特に、Ti2O3の粉末を用いるのが好ましい。なぜなら、Ti2O3の結晶構造は三方晶であり、これと混合する酸化亜鉛は六方晶のウルツ鉱であるため、結晶構造の対称性が一致し、固相焼結する際に置換固溶しやすいからである。
ここでいう低原子価酸化チタンとは、TiO(II)、Ti2O3(III)という整数の原子価を有するチタンの酸化物ばかりでなく、Ti3O5、Ti4O7、Ti6O11、Ti5O9、Ti8O15等も含み、一般式:TiO2-X(X=0.1〜1)で表される。本発明における低原子価酸化チタンは、一般式TiO2-Xで表される新規な低原子価酸化チタンである。この低原子価酸化チタンの構造は、X線回折装置(X−Ray Diffraction、 XRD)、X線光電子分光装置(X−ray Photoelectron Spectroscopy、 XPS)などの機器分析の結果によって確認することができる。
As the low-valent titanium oxide powder, low-valent titanium oxide powders such as Ti 2 O 3 and TiO can be used, and Ti 2 O 3 powder is particularly preferable. Because the crystal structure of Ti 2 O 3 is trigonal and the zinc oxide mixed with it is hexagonal wurtzite, the symmetry of the crystal structure is the same, and the solid solution is substituted during solid phase sintering. Because it is easy to do.
The low valence titanium oxide referred to here is not only an oxide of titanium having an integer valence of TiO (II) and Ti 2 O 3 (III), but also Ti 3 O 5 , Ti 4 O 7 and Ti 6. Including O 11 , Ti 5 O 9 , Ti 8 O 15 and the like, it is represented by the general formula: TiO 2 -X (X = 0.1-1). The low-valent titanium oxide in the present invention is a novel low-valent titanium oxide represented by the general formula TiO 2 -X . The structure of this low-valence titanium oxide can be confirmed by the results of instrumental analysis such as an X-ray diffractometer (X-Ray Diffraction, XRD) and an X-ray photoelectron spectrometer (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS).
前記一般式TiO2-X(X=0.1〜1)で表される酸化チタンの単成分を作製するのは難しく、混合物として得られる。通常、酸化チタン(TiO2)を水素雰囲気等の還元雰囲気にて、還元剤としてカーボン等を用いて、加熱することにより作製することができる。水素濃度、還元剤としてカーボン量、加熱温度を調製することにより、低原子価酸化チタンの混合物の割合を制御することができる。 It is difficult to produce a single component of titanium oxide represented by the general formula TiO 2-X (X = 0.1-1), and it is obtained as a mixture. Usually, it can be produced by heating titanium oxide (TiO 2 ) in a reducing atmosphere such as a hydrogen atmosphere using carbon or the like as a reducing agent. By adjusting the hydrogen concentration, the amount of carbon as a reducing agent, and the heating temperature, the ratio of the low-valent titanium oxide mixture can be controlled.
前記酸化亜鉛粉としては、通常、ウルツ鉱構造のZnO等の粉末が用いられ、さらにこのZnOを予め還元雰囲気で焼成して酸素欠損を含有させたものを用いてもよい。
前記水酸化亜鉛粉としては、アモルファスもしくは結晶構造のいずれであってもよい。
前記フッ化アルミニウム粉は、AlF3の粉末である。
前記フッ化ガリウム粉は、GaF3の粉末である。
各原料粉末の平均粒径は、それぞれ1μm以下であることが好ましい。
As the zinc oxide powder, a powder of ZnO or the like having a wurtzite structure is usually used, and a powder obtained by firing this ZnO in advance in a reducing atmosphere and containing oxygen deficiency may be used.
The zinc hydroxide powder may be either amorphous or crystalline.
The aluminum fluoride powder is AlF 3 powder.
The gallium fluoride powder is GaF 3 powder.
Each raw material powder preferably has an average particle size of 1 μm or less.
原料粉末においては、全金属原子数に対するチタンの原子数の割合は、前記した酸化物焼結体と同様に、2%超10%以下、好ましくは3%以上9%以下、より好ましくは4%以上8%以下となる割合であるのがよい。 In the raw material powder, the ratio of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms is more than 2% and not more than 10%, preferably not less than 3% and not more than 9%, more preferably 4%, like the oxide sintered body described above. The ratio is preferably 8% or less.
また、全金属原子数に対するフッ化ガリウム粉またはフッ化アルミニウム粉の金属原子数、すなわちガリウムまたはアルミニウムの原子数の割合は、前記した酸化物焼結体と同様に、0.1%以上5%以下の割合であるのがよい。
なお、原料粉末にフッ化ガリウム粉およびフッ化アルミニウム粉の両方を用いる場合も、それらの総量が全金属原子数に対して0.1%以上5%以下の割合となる条件を満たせばよい。
Further, the ratio of the number of metal atoms of gallium fluoride powder or aluminum fluoride powder to the total number of metal atoms, that is, the number of atoms of gallium or aluminum is 0.1% or more and 5% as in the oxide sintered body described above. The following ratio is preferable.
Even when both gallium fluoride powder and aluminum fluoride powder are used as the raw material powder, it is sufficient that the total amount thereof satisfies the condition that the ratio is 0.1% or more and 5% or less with respect to the total number of metal atoms.
前記原料粉末として低原子価酸化チタン粉と、酸化亜鉛粉または水酸化亜鉛粉と、フッ化アルミニウム粉および/またはフッ化ガリウム粉との混合粉を用いる場合の各粉の混合割合は、各々用いる化合物(粉)の種類に応じて、最終的に得られる酸化物焼結体においてチタンの原子数の割合並びにガリウムまたはアルミニウムの原子数の割合が上述した範囲となるように適宜設定すればよい。なお、各原料粉末は、それぞれ1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 When using a mixed powder of low-valent titanium oxide powder, zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, aluminum fluoride powder and / or gallium fluoride powder as the raw material powder, the mixing ratio of each powder is used. What is necessary is just to set suitably according to the kind of compound (powder) so that the ratio of the number of atoms of titanium and the ratio of the number of atoms of gallium or aluminum may become in the range mentioned above in the oxide sintered compact finally obtained. In addition, each raw material powder may be only 1 type, respectively, and 2 or more types may be sufficient as it.
その際、亜鉛はチタンに比べて蒸気圧が高く焼結した際に揮散しやすいことを考慮して、所望する酸化物焼結体の目的組成(ZnとTiとの原子数比)よりも、予め亜鉛の量が多くなるように混合割合を設定しておくことが好ましい。具体的には、亜鉛の揮散のしやすさは、焼結する際の雰囲気によって異なり、例えば、酸化亜鉛粉を用いた場合、大気雰囲気や酸化雰囲気では酸化亜鉛粉自体の揮散しか起こらないが、還元雰囲気で焼結すると、酸化亜鉛が還元されて、酸化亜鉛よりもさらに揮散しやすい金属亜鉛となるので、亜鉛の消失量が増すことになるのである(ただし、後述のように、一旦焼結した後、還元雰囲気中でアニール処理を施す場合には、アニール処理を施す時点で既に複合酸化物となっているので、亜鉛が揮散しにくい)。 At that time, considering that zinc has a higher vapor pressure than titanium and is likely to be volatilized when sintered, the desired composition of the desired oxide sintered body (atomic ratio of Zn and Ti), It is preferable to set the mixing ratio in advance so that the amount of zinc increases. Specifically, the easiness of volatilization of zinc varies depending on the atmosphere during sintering.For example, when zinc oxide powder is used, only the volatilization of zinc oxide powder itself occurs in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere. When sintered in a reducing atmosphere, the zinc oxide is reduced and becomes metal zinc that is more easily volatilized than zinc oxide, so the amount of zinc lost increases (however, as described later, it is once sintered) After that, when annealing is performed in a reducing atmosphere, zinc is already difficult to evaporate because it is already a complex oxide at the time of annealing.
従って、目的組成に対してどの程度亜鉛の量を増やしておくかについては、焼結の雰囲気などを考慮して設定すればよく、例えば、大気雰囲気や酸化雰囲気で焼結する場合には所望する原子数比となる量の1.0〜1.05倍程度、還元雰囲気で焼結する場合には所望する原子数比となる量の1.1〜1.3倍程度とすればよい。なお、原料粉末として各々用いる化合物(粉)は、それぞれ1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 Therefore, the amount of zinc to be increased with respect to the target composition may be set in consideration of the sintering atmosphere or the like. For example, it is desirable when sintering is performed in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere. What is necessary is just to be about 1.1 to 1.3 times the amount of the desired atomic number ratio when sintering in a reducing atmosphere, about 1.0 to 1.05 times the amount of the atomic number ratio. In addition, each compound (powder) used as the raw material powder may be only one kind or two or more kinds.
前記原料粉末は成形される前に、粉砕処理が施されてもよい。粉砕処理が施されることで、原料粉末は幅の狭い粒度分布に整えられ、後述する焼結において、均一に固相焼結させることができ、密度の高い酸化物焼結体を得ることができる。 The raw material powder may be pulverized before being molded. By performing the pulverization treatment, the raw material powder is adjusted to have a narrow particle size distribution, and can be uniformly solid-phase sintered in the sintering described later to obtain a high-density oxide sintered body. it can.
粉砕処理する方法としては、特に限定されず、例えば、メディアを使用する場合、ビーズミル、ボールミル、遊星ミル、サンドグラインダー、振動ミルまたはアトライター等の装置を備えた粉砕機による方法、メディアを使用しないジェットミル、ナノマイザー、スターバースト等の湿式超高圧微粒化装置による方法などが挙げられる。 The method for pulverization is not particularly limited. For example, when media is used, a method using a pulverizer equipped with a bead mill, a ball mill, a planetary mill, a sand grinder, a vibration mill, or an attritor, and no media are used. Examples thereof include a method using a wet ultrahigh pressure atomizer such as a jet mill, a nanomizer, and a starburst.
前記原料粉末を成形する方法は、特に制限されるものではないが、例えば、原料粉末と水系溶媒とを混合し、得られたスラリーを充分に湿式混合により混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、得られた造粒物を成形すればよい。
水系溶媒は、水を主成分とし、水単独であってもよいし、水とメタノール、エタノールなどのアルコールなどとの混合物であってもよい。
湿式混合は、例えば、硬質ZrO2ボール等を用いた湿式ボールミルや振動ミルにより行なえばよく、湿式ボールミルや振動ミルを用いた場合の混合時間は、12〜78時間程度が好ましい。なお、原料粉末をそのまま乾式混合してもよいが、湿式混合の方がより好ましい。
The method for forming the raw material powder is not particularly limited. For example, the raw material powder and an aqueous solvent are mixed, and the resulting slurry is sufficiently mixed by wet mixing, followed by solid-liquid separation, drying, Granulation is performed, and the resulting granulated product may be formed.
The aqueous solvent contains water as a main component and may be water alone, or may be a mixture of water and alcohol such as methanol or ethanol.
The wet mixing may be performed by, for example, a wet ball mill using a hard ZrO 2 ball or a vibration mill, and the mixing time when using the wet ball mill or the vibration mill is preferably about 12 to 78 hours. In addition, although raw material powder may be dry-mixed as it is, wet mixing is more preferable.
固液分離・乾燥・造粒については、それぞれ公知の方法を採用すればよい。得られた造粒物を成形する際には、例えば、造粒物を型枠に入れ、冷間プレスや冷間静水圧プレスなどの冷間成形機を用いて1ton/cm2以上の圧力をかけて成形することができる。このとき、ホットプレスなどを用いて熱間で成形を行うと、製造コストの面で不利となるとともに、大型焼結体が得にくくなる。なお、成形体として造粒物を得る際には、乾燥後、公知の方法で造粒すればよいのであるが、その場合、原料粉末とともにバインダーも混合することが好ましい。バインダーとして、例えば、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル等を用いることができる。 For solid-liquid separation / drying / granulation, known methods may be employed. When the obtained granulated product is molded, for example, the granulated product is put into a mold, and a pressure of 1 ton / cm 2 or more is applied using a cold molding machine such as a cold press or a cold isostatic press. Can be molded. At this time, when hot forming is performed using a hot press or the like, it is disadvantageous in terms of manufacturing cost and it is difficult to obtain a large-sized sintered body. In addition, when obtaining a granulated material as a molded object, what is necessary is just to granulate by a well-known method after drying, In that case, it is preferable to mix a binder with raw material powder. As the binder, for example, polyvinyl alcohol, vinyl acetate and the like can be used.
得られた成形体の焼結は、大気雰囲気、還元雰囲気(例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、真空、水素等)および酸化雰囲気(大気よりも酸素濃度が高い雰囲気)のいずれかの雰囲気中、600〜1500℃で行なう。そして、酸化雰囲気中で焼結した場合には、その後さらに還元雰囲気中でアニール処理を施すようにする。この酸化雰囲気中で焼結した後に施す還元雰囲気中でのアニール処理は、酸化物焼結体に酸素欠損を生じさせ、比抵抗を低下させるために行なうものである。したがって、大気雰囲気中または還元雰囲気中で焼結した際にも、さらなる比抵抗の低下を所望する場合には、焼結後、前記アニール処理を施すのが好ましいことは言うまでもない。
いずれの雰囲気中で焼結する際も、焼結温度は600〜1500℃、好ましくは1000〜1300℃とする。焼結温度が600℃未満であると、焼結が充分に進行せず、ターゲット密度が低くなるおそれがあり、一方、1500℃を超えると、酸化亜鉛自体が分解して消失してしまうおそれがある。なお、成形体を前記焼結温度まで昇温する際には、昇温速度を、1000℃までは5〜10℃/分とし、1000℃を超え1500℃までは1〜4℃/分とすることが、焼結密度を均一にするうえで好ましい。
Sintering of the obtained molded body is performed in any of an air atmosphere, a reducing atmosphere (for example, nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, vacuum, hydrogen, etc.) and an oxidizing atmosphere (an atmosphere having an oxygen concentration higher than the air). Medium, carried out at 600-1500 ° C. When sintering is performed in an oxidizing atmosphere, annealing is then performed in a reducing atmosphere. The annealing treatment in the reducing atmosphere performed after sintering in the oxidizing atmosphere is performed in order to cause oxygen deficiency in the oxide sintered body and lower the specific resistance. Accordingly, it is needless to say that the annealing treatment is preferably performed after the sintering when it is desired to further reduce the specific resistance even when the sintering is performed in an air atmosphere or a reducing atmosphere.
In sintering in any atmosphere, the sintering temperature is 600 to 1500 ° C., preferably 1000 to 1300 ° C. If the sintering temperature is less than 600 ° C, the sintering may not proceed sufficiently and the target density may be lowered. On the other hand, if it exceeds 1500 ° C, zinc oxide itself may be decomposed and lost. is there. When the molded body is heated to the sintering temperature, the rate of temperature increase is 5 to 10 ° C./min up to 1000 ° C., and 1 to 4 ° C./min up to 1000 ° C. It is preferable to make the sintered density uniform.
いずれの雰囲気中で焼結する際も、焼結時間(すなわち、焼結温度での保持時間)は、3〜15時間とすることが好ましい。焼結時間が3時間未満であると、焼結密度が不充分となりやすく、得られる酸化物焼結体の強度が低下する傾向があり、一方、15時間を超えると、焼結体の結晶粒成長が著しくなるとともに、空孔の粗大化、ひいては最大空孔径の増大化を招く傾向があり、その結果、焼結密度が低下するおそれがある。 When sintering in any atmosphere, the sintering time (that is, the holding time at the sintering temperature) is preferably 3 to 15 hours. If the sintering time is less than 3 hours, the sintered density tends to be insufficient, and the strength of the resulting oxide sintered body tends to decrease. On the other hand, if it exceeds 15 hours, the crystal grains of the sintered body As the growth becomes remarkable, there is a tendency that the pores are coarsened and consequently the maximum pore diameter is increased, and as a result, the sintered density may be lowered.
焼結を行なう方法は、特に制限されるものではなく、例えば、常圧焼成法、ホットプレス法、熱間等方圧加圧法(HIP法)、放電プラズマ焼結法(SPS法)、冷間等方圧加圧法(CIP法)、マイクロ波焼結法、ミリ波焼結法など公知の方法を採用することができる。 The method for performing the sintering is not particularly limited. For example, atmospheric pressure firing method, hot press method, hot isostatic pressing method (HIP method), discharge plasma sintering method (SPS method), cold Known methods such as an isotropic pressure method (CIP method), a microwave sintering method, and a millimeter wave sintering method can be employed.
前記アニール処理を施す際の還元雰囲気としては、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、真空および水素からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる雰囲気が挙げられる。
前記アニール処理の方法としては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、水素などの非酸化性ガスを導入しながら常圧で加熱する方法や、真空(好ましくは、2Pa以下)下で加熱する方法等により行うことができるが、製造コストの観点からは、前者の常圧で行う方法が有利である。
Examples of the reducing atmosphere when performing the annealing treatment include an atmosphere made of at least one selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, vacuum, and hydrogen.
As a method for the annealing treatment, for example, a method of heating at normal pressure while introducing a non-oxidizing gas such as nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, or hydrogen, or heating under a vacuum (preferably 2 Pa or less). Although it can be performed by a method or the like, the former method at normal pressure is advantageous from the viewpoint of production cost.
前記アニール処理を施すに際し、アニール温度(加熱温度)は、1000〜1400℃とするのが好ましく、より好ましくは1100〜1300℃とするのがよい。アニール時間(加熱時間)は、7〜15時間とするのが好ましく、より好ましくは8〜12時間とするのがよい。アニール温度が1000℃未満であると、アニール処理による酸素欠損の導入が不充分になるおそれがあり、一方、1400℃を超えると、亜鉛が揮散しやすくなり、得られる酸化物焼結体の組成(ZnとTiとの原子数比)が所望の比率と異なってしまうおそれがある。 In performing the annealing treatment, the annealing temperature (heating temperature) is preferably 1000 to 1400 ° C., more preferably 1100 to 1300 ° C. The annealing time (heating time) is preferably 7 to 15 hours, and more preferably 8 to 12 hours. If the annealing temperature is less than 1000 ° C., introduction of oxygen deficiency due to the annealing treatment may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 1400 ° C., zinc tends to be volatilized, and the composition of the obtained oxide sintered body There is a possibility that (the atomic ratio of Zn and Ti) is different from the desired ratio.
(ターゲット)
本発明のターゲットは、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法またはEB蒸着法による成膜に用いられるターゲットである。なお、このような成膜の際に用いる固形材料のことを「タブレット」と称する場合もあるが、本発明においてはこれらを含め「ターゲット」と称することとする。
(target)
The target of the present invention is a target used for film formation by sputtering, ion plating, PLD, or EB vapor deposition. In addition, although the solid material used in the film formation may be referred to as “tablet”, in the present invention, these are referred to as “target”.
本発明のターゲットは、上述した本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を加工して得られる。
加工方法は、特に制限されず、適宜公知の方法を採用すればよい。例えば、上記透明導電膜形成材料に平面研削等を施した後、所定の寸法に切断してから、支持台に貼着することにより、本発明のターゲットを得ることができる。また、必要に応じて、複数枚の上記透明導電膜形成材料を分割形状にならべて、大面積のターゲット(複合ターゲット)としてもよい。
The target of the present invention is obtained by processing the above-described zinc oxide-based transparent conductive film forming material of the present invention.
A processing method in particular is not restrict | limited, What is necessary is just to employ | adopt a well-known method suitably. For example, the target of the present invention can be obtained by subjecting the transparent conductive film forming material to surface grinding or the like and then cutting it to a predetermined size and then attaching it to a support base. Further, if necessary, a plurality of the transparent conductive film forming materials may be divided into divided shapes to form a large area target (composite target).
本発明の酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法は、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法またはEB蒸着法により成膜を行うものであるが、その際の具体的手法や条件などについては、上述したターゲットを用いること以外、特に制限はなく、公知のスパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法またはEB蒸着法の手法や条件を適宜採用すればよい。 The method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film of the present invention is to form a film by a sputtering method, an ion plating method, a PLD method or an EB vapor deposition method. For specific methods and conditions at that time, There is no particular limitation other than the use of the above-described target, and a known sputtering method, ion plating method, PLD method, or EB vapor deposition method and conditions may be appropriately employed.
本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料またはターゲットを用いて形成された透明導電膜は、優れた導電性と化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐候性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐酸性)など)とを兼ね備えたものであるので、例えば、液晶ディスプレイ・プラズマディスプレイ・無機EL(エレクトロルミネセンス)ディスプレイ・有機ELディスプレイ・電子ペーパーなどの透明電極、太陽電池の光電変換素子の窓電極、透明タッチパネル等の入力装置の電極、電磁シールドの電磁遮蔽膜等の用途に好適に用いられる。さらに、本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料またはターゲットを用いて形成された透明導電膜は、透明電波吸収体、紫外線吸収体、さらには透明半導体デバイスとして、他の金属膜や金属酸化膜と組み合わせて活用することもできる。 The transparent conductive film formed using the zinc oxide-based transparent conductive film forming material or target of the present invention has excellent conductivity and chemical durability (heat resistance, moisture resistance, weather resistance, chemical resistance (alkali resistance, For example, transparent electrodes such as liquid crystal displays, plasma displays, inorganic EL (electroluminescence) displays, organic EL displays, and electronic paper, and windows of photoelectric conversion elements for solar cells. It is suitably used for applications such as electrodes, electrodes of input devices such as transparent touch panels, and electromagnetic shielding films of electromagnetic shields. Furthermore, the transparent conductive film formed using the zinc oxide-based transparent conductive film forming material or target of the present invention can be used as a transparent radio wave absorber, an ultraviolet absorber, or a transparent semiconductor device as another metal film or metal oxide film. It can also be used in combination.
本発明の酸化亜鉛系透明導電膜の膜厚は、用途に応じて適宜設定すればよく、特に制限されないが、好ましくは50〜600nm、より好ましくは100〜500nmである。50nm未満であると、充分な比抵抗が確保できないおそれがあり、一方、600nmを超えると膜に着色が生じてしまうおそれがある。 The film thickness of the zinc oxide-based transparent conductive film of the present invention may be appropriately set depending on the application and is not particularly limited, but is preferably 50 to 600 nm, more preferably 100 to 500 nm. If the thickness is less than 50 nm, sufficient specific resistance may not be ensured. On the other hand, if the thickness exceeds 600 nm, the film may be colored.
(透明導電性基板)
本発明の透明導電性基板は、透明基材上に、上述した酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法により成膜された酸化亜鉛系透明導電膜を備えるものである。
前記透明基材は、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法またはEB蒸着法による成膜条件において形状を維持しうるものであれば、特に限定されない。例えば、各種ガラス等の無機材料、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリイミドなどのプラスチック類)等の樹脂などで形成された板状物、シート状物、フィルム状物等を用いることができるが、特に、ガラス板、樹脂フィルム又は樹脂シートのいずれかであるのが好ましい。透明基材の可視光透過率は、通常、90%以上、好ましくは95%以上であるのがよい。
(Transparent conductive substrate)
The transparent conductive substrate of the present invention comprises a zinc oxide-based transparent conductive film formed on a transparent substrate by the above-described method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film.
The transparent substrate is not particularly limited as long as the transparent substrate can maintain its shape under film forming conditions by sputtering, ion plating, PLD, or EB vapor deposition. For example, inorganic materials such as various glasses, thermoplastic resins and thermosetting resins (for example, epoxy resin, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone, polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, triacetyl cellulose) Plate-like material, sheet-like material, film-like material, etc. formed of a resin such as a plastic such as polyimide), and in particular, any of a glass plate, a resin film or a resin sheet Is preferred. The visible light transmittance of the transparent substrate is usually 90% or more, preferably 95% or more.
なお、前記透明基材として樹脂フィルムや樹脂シートを用いる場合、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法またはEB蒸着法による成膜で受けるダメージを分散均一化するために、工業的に行われているロールツーロールの成膜方法で、巻き出し速度と巻取り速度をコントロールしながら引張応力をかけた状態で成膜することが好ましい。さらに、あらかじめ樹脂フィルムまたは樹脂シートを加熱した状態で成膜してもよいし、成膜最中に樹脂フィルムまたは樹脂シートを冷却するようにしてもよい。また、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法またはEB蒸着法による成膜でダメージを受ける時間を短縮するため、樹脂フィルムまたは樹脂シートの搬送速度の高速化(例えば1.0m/分以上で)を図ることも効果的であり、この場合は、例えば成膜する樹脂フィルムまたは樹脂シートとターゲットとの距離が短くても成膜が可能となり、工業的プロセスとしては有利である。 In the case where a resin film or a resin sheet is used as the transparent substrate, it is industrially carried out in order to disperse and uniformize damage caused by film formation by sputtering, ion plating, PLD or EB vapor deposition. In the roll-to-roll film forming method, the film is preferably formed in a state where tensile stress is applied while controlling the unwinding speed and the winding speed. Furthermore, the resin film or the resin sheet may be formed in a heated state in advance, or the resin film or the resin sheet may be cooled during the film formation. Also, in order to shorten the time for damage caused by film formation by sputtering, ion plating, PLD or EB vapor deposition, the speed of transporting the resin film or resin sheet is increased (for example, at 1.0 m / min or more). In this case, film formation is possible even if the distance between the target resin film or resin sheet and the target is short, which is advantageous as an industrial process.
前記透明基材には、必要に応じて、単層または多層からなる絶縁層、半導体層、ガスバリア層または保護層のいずれかが形成されていてもよい。絶縁層としては、酸化珪素膜や窒化酸化珪素膜などが挙げられる。半導体層としては、薄膜トランジスター(TFT)などが挙げられ、主にガラス基板に形成される。ガスバリア層としては、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、アルミニウム酸マグネシウム膜などが挙げられ、水蒸気バリア膜などとして樹脂板もしくは樹脂フィルムに形成される。保護層は、基材の表面を傷や衝撃から守るためのものであり、Si系、Ti系、アクリル樹脂系など各種コーティング層が挙げられる。 The transparent substrate may be formed with any of a single layer or multiple layers of an insulating layer, a semiconductor layer, a gas barrier layer, or a protective layer as necessary. Examples of the insulating layer include a silicon oxide film and a silicon nitride oxide film. Examples of the semiconductor layer include a thin film transistor (TFT), and the semiconductor layer is mainly formed on a glass substrate. Examples of the gas barrier layer include a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, and a magnesium aluminate film, and the gas barrier layer is formed on a resin plate or a resin film as a water vapor barrier film. A protective layer is for protecting the surface of a base material from a damage | wound and an impact, and various coating layers, such as Si type | system | group, Ti type | system | group, and an acrylic resin type | system | group, are mentioned.
本発明の透明導電性基板の比抵抗は、通常2×10-3Ω・cm以下、好ましくは8×10-4Ω・cm以下である。また、その表面抵抗(シート抵抗)は、用途によって異なるが、通常5〜10000Ω/□、好ましくは10〜300Ω/□であるのが好ましい。なお、比抵抗および表面抵抗は、例えば実施例で後述する方法によって測定することができる。
本発明の透明導電性基板の透過率は、可視光領域で、通常85%以上、好ましくは90%以上である。また、その全光線透過率は、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上であり、そのヘイズ値は、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下であるのがよい。なお、透過率は、例えば実施例で後述する方法によって測定することができる。
The specific resistance of the transparent conductive substrate of the present invention is usually 2 × 10 −3 Ω · cm or less, preferably 8 × 10 −4 Ω · cm or less. The surface resistance (sheet resistance) varies depending on the application, but is usually 5 to 10,000 Ω / □, preferably 10 to 300 Ω / □. In addition, specific resistance and surface resistance can be measured by the method mentioned later in an Example, for example.
The transmittance of the transparent conductive substrate of the present invention is usually 85% or more, preferably 90% or more in the visible light region. The total light transmittance is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and the haze value is preferably 10% or less, more preferably 5% or less. The transmittance can be measured by, for example, a method described later in the examples.
本発明の透明導電性基板における酸化亜鉛系透明導電膜の膜厚は、50〜600nmであることが好ましい。この膜厚の範囲では、用途によって異なるが、可撓性が保たれた連続的な膜を得る事ができる。さらに、本発明の透明導電膜の膜厚は用途に応じて100〜500nmとすることが望ましい。
本発明の透明導電性基板には、必要に応じて、最外層として、保護膜、反射防止膜、フィルター等の役割や、液晶の視野角の調整、曇り止め等の機能を発揮する任意の樹脂または無機化合物の層を、1層または2層以上積層することができる。
The thickness of the zinc oxide-based transparent conductive film in the transparent conductive substrate of the present invention is preferably 50 to 600 nm. In this film thickness range, although it varies depending on the application, it is possible to obtain a continuous film in which flexibility is maintained. Furthermore, the film thickness of the transparent conductive film of the present invention is desirably 100 to 500 nm depending on the application.
In the transparent conductive substrate of the present invention, if necessary, as an outermost layer, any resin that functions as a protective film, an antireflection film, a filter, etc., functions of adjusting the viewing angle of liquid crystal, preventing fogging, etc. Alternatively, one layer or two or more layers of inorganic compounds can be stacked.
本発明の透明導電性基板は、上述したように、良好な透明性を有し、かつ、上述したように優れた導電性と化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐候性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐酸性)など)を兼ね備えたものである。そのため、例えば、液晶ディスプレイ・プラズマディスプレイ・無機EL(エレクトロルミネセンス)ディスプレイ・有機ELディスプレイ・電子ペーパーなどの透明電極、太陽電池の光電変換素子の窓電極、透明タッチパネル等の入力装置の電極、電磁シールドの電磁遮蔽膜、透明電波吸収体、紫外線吸収体、さらには透明半導体デバイスとして他の金属膜/金属酸化膜と組み合わせて活用することができる。 The transparent conductive substrate of the present invention has good transparency as described above, and excellent conductivity and chemical durability (heat resistance, moisture resistance, weather resistance, chemical resistance as described above). (Alkali resistance, acid resistance, etc.)). Therefore, for example, transparent electrodes such as liquid crystal displays, plasma displays, inorganic EL (electroluminescence) displays, organic EL displays, and electronic papers, window electrodes of photoelectric conversion elements of solar cells, electrodes of input devices such as transparent touch panels, electromagnetic It can be used in combination with other metal film / metal oxide film as an electromagnetic shielding film of a shield, a transparent radio wave absorber, an ultraviolet absorber, and a transparent semiconductor device.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。
なお、得られた透明導電性基板の評価は以下の方法で行なった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by this Example.
In addition, evaluation of the obtained transparent conductive substrate was performed by the following method.
<比抵抗>
比抵抗は、抵抗率計(三菱化学(株)製「LORESTA−GP、MCP−T610」)を用いて、四端子四探針法により測定した。詳しくは、サンプルに4本の針状の電極を直線上に置き、外側の二探針間に一定の電流を流し、内側の二探針間に一定電流を流し、内側の二探針間に生じる電位差を測定し、抵抗を求めた。
<表面抵抗>
表面抵抗(Ω/□)は、比抵抗(Ω・cm)を膜厚(cm)で除することにより算出した。
<透過率>
透過率は、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光(株)製「V−670」)を用いて測定した。
<耐湿性>
透明導電性基板を、温度60℃、相対湿度90%の雰囲気中に1000時間保持する耐湿試験に付した後、表面抵抗を測定した。耐湿試験後の表面抵抗が、耐湿試験前の表面抵抗の2倍以下であると、耐湿性に優れると言える。
<耐熱性>
透明導電性基板を、温度200℃の大気中に5時間保持する耐熱試験に付した後、表面抵抗を測定した。耐熱試験後の表面抵抗が、耐熱試験前の表面抵抗の1.5倍以下であると、耐熱性に優れると言える。
<耐アルカリ性>
透明導電性基板を、3%のNaOH水溶液(40℃)中に10分間浸漬し、浸漬前後の基板上の膜質の変化の有無を目視にて確認した。
<耐酸性>
透明導電性基板を、3%のHCl水溶液(40℃)中に10分間浸漬し、浸漬前後の基板上の膜質の変化の有無を目視にて確認した。
<Resistivity>
The specific resistance was measured by a four-terminal four-probe method using a resistivity meter (“LORESTA-GP, MCP-T610” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Specifically, four needle-shaped electrodes are placed on a straight line on the sample, a constant current is passed between the outer two probes, a constant current is passed between the inner two probes, and the inner two probes are The resulting potential difference was measured to determine the resistance.
<Surface resistance>
The surface resistance (Ω / □) was calculated by dividing the specific resistance (Ω · cm) by the film thickness (cm).
<Transmissivity>
The transmittance was measured using an ultraviolet visible near infrared spectrophotometer (“V-670” manufactured by JASCO Corporation).
<Moisture resistance>
The transparent conductive substrate was subjected to a moisture resistance test in which the transparent conductive substrate was held in an atmosphere at a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90% for 1000 hours, and then the surface resistance was measured. It can be said that the surface resistance after the moisture resistance test is excellent in moisture resistance when the surface resistance before the moisture resistance test is twice or less.
<Heat resistance>
The transparent conductive substrate was subjected to a heat resistance test in which the transparent conductive substrate was held in the atmosphere at a temperature of 200 ° C. for 5 hours, and then the surface resistance was measured. When the surface resistance after the heat test is 1.5 times or less than the surface resistance before the heat test, it can be said that the heat resistance is excellent.
<Alkali resistance>
The transparent conductive substrate was immersed in a 3% NaOH aqueous solution (40 ° C.) for 10 minutes, and the presence or absence of a change in film quality on the substrate before and after immersion was confirmed visually.
<Acid resistance>
The transparent conductive substrate was immersed in a 3% aqueous HCl solution (40 ° C.) for 10 minutes, and the presence or absence of a change in film quality on the substrate before and after immersion was confirmed visually.
[実施例1]
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、フッ化ガリウム(GaF3、和光純薬工業(株)製)、および酸化チタン(Ti2O3、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とガリウム元素とが原子数比 Zn:Ti:Ga=96.5:3.0:0.5となるように秤量し、ポリプロピレン製の容器に入れ、更に2mmφジルコニア製ボールと混合溶媒としてエタノールを入れた。これをボールミルにより混合し、原料粉末を得た。
混合操作後、2mmφジルコニア製ボールとエタノールを除去して得られた原料粉末を金型に入れ、40MPaの圧力で加圧し、円盤型の成形体を得た。これを電気炉に入れ、Ar雰囲気中1100℃で加熱処理を行い、酸化物焼結体を得た。この酸化物焼結体の相対密度を酸化物焼結体のサイズから算出したところ93.8%であった。なお、相対密度は、酸化亜鉛、フッ化ガリウム、酸化チタンの単体密度に混合の重量比をかけ、和をとった理論密度を100%として求めている(下式(A)、(B)を参照)。得られた酸化物焼結体に研削、表面研磨を施し、50.8mmφ、厚さ3mmの酸化物焼結体を得た。
相対密度=100×[(焼結体の密度)/(理論密度)]・・・(A)
理論密度=(酸化亜鉛の単体密度×混合重量比+フッ化ガリウムの単体密度×混合重量比+酸化チタンの単体密度×混合重量比)・・・(B)
[Example 1]
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), gallium fluoride (GaF 3 , manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and titanium oxide (Ti 2 O 3 , manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) The zinc element, the titanium element, and the gallium element are weighed so as to have an atomic ratio of Zn: Ti: Ga = 96.5: 3.0: 0.5, placed in a polypropylene container, and further a 2 mmφ zirconia ball. And ethanol as a mixed solvent. This was mixed by a ball mill to obtain a raw material powder.
After the mixing operation, the 2 mmφ zirconia balls and the raw material powder obtained by removing ethanol were placed in a mold and pressurized with a pressure of 40 MPa to obtain a disk-shaped molded body. This was put in an electric furnace and heat-treated at 1100 ° C. in an Ar atmosphere to obtain an oxide sintered body. It was 93.8% when the relative density of this oxide sintered compact was computed from the size of the oxide sintered compact. The relative density is obtained by multiplying the unit density of zinc oxide, gallium fluoride, and titanium oxide by the weight ratio of the mixture, and taking the sum as a theoretical density of 100% (the following formulas (A) and (B) reference). The obtained oxide sintered body was ground and polished to obtain an oxide sintered body having a diameter of 50.8 mmφ and a thickness of 3 mm.
Relative density = 100 × [(density of sintered body) / (theoretical density)] (A)
Theoretical density = (Zinc oxide single density × mixing weight ratio + gallium fluoride single density × mixing weight ratio + titanium oxide single density × mixing weight ratio) (B)
得られた酸化物焼結体を、銅板をバッキングプレートとして用い、インジウム半田を用いてボンディングし、スパッタリングターゲットを得た。
得られたスパッタリングターゲットを用い、スパッタリングにより成膜を行った。スパッタ条件は以下のとおりであり、厚さ約500nmの薄膜を得た。
ターゲット寸法 :50.8mmφ×3mm厚
スパッタリング装置 :キャノンアネルバ製 「E-200S」
スパッタ方式 :DCマグネトロンスパッタリング
到達真空度 :2.0×10-4Pa
Ar圧力 :0.5Pa
基板温度 :200℃
スパッタ電力 :30W
使用基板 :ソーダライムガラス(50.8mm×50.8mm×0.5mm)
The obtained oxide sintered body was bonded using indium solder using a copper plate as a backing plate to obtain a sputtering target.
Using the obtained sputtering target, a film was formed by sputtering. The sputtering conditions were as follows, and a thin film having a thickness of about 500 nm was obtained.
Target size: 50.8 mmφ × 3 mm thickness Sputtering device: “E-200S” manufactured by Canon Anelva
Sputtering method: DC magnetron sputtering Ultimate vacuum: 2.0 × 10 −4 Pa
Ar pressure: 0.5 Pa
Substrate temperature: 200 ° C
Sputtering power: 30W
Substrate used: Soda lime glass (50.8 mm x 50.8 mm x 0.5 mm)
得られた薄膜を2倍希釈した塩酸に溶解させ、ICP−AES(サーモサイエンティフィック社製「Thermo−6500」)により薄膜組成を測定したところ、亜鉛:チタン:ガリウムのモル比は、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。フッ素が薄膜に含まれているかはXPS(X線光電子分光、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製 「VG Theta Prob」)にて調べたところ、フッ素が薄膜に含まれていることが確認された。
また、この透明導電膜について、X線回折装置(理学電機(株)製「RINT2000」)を用い薄膜測定用のアタッチメントを使用したX線回折を行うとともに、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(TEM−EDX)を用いて亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに電界放射型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンおよびガリウムが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
得られた薄膜のシート抵抗を四探針法(三菱化学(株)製、ロレスタ)で、膜厚をケーエルエー・テンコール(株)製「Alpha−Step IQ」を用いて測定し、抵抗率を算出したところ、3.7×10-4Ω・cmであった。表面抵抗は7.4Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。また、ホール測定(ナノメトリクス・ジャパン(株)製、「HL5500」)を行ったところ、キャリア濃度1.04×1021cm-3、キャリア電子移動度15.4cm2/V・sであった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、近赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、近赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。近赤外領域の透過性が高いまま、低抵抗化していることがわかる。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The obtained thin film was dissolved in 2-fold diluted hydrochloric acid, and the thin film composition was measured by ICP-AES (“Thermo-6500” manufactured by Thermo Scientific). The molar ratio of zinc: titanium: gallium was determined by the target composition. A thin film having almost the same composition as the above was obtained. Whether or not fluorine is contained in the thin film was examined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy, “VG Theta Prob” manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and it was confirmed that fluorine was contained in the thin film. .
The transparent conductive film is subjected to X-ray diffraction using an attachment for thin film measurement using an X-ray diffractometer ("RINT2000" manufactured by Rigaku Corporation) and an energy dispersive X-ray microanalyzer (TEM-). EDX) was used to investigate the doping state of titanium into zinc, and further the crystal structure was examined using a field emission electron microscope (FE-SEM). It was also found that gallium was substituted and dissolved in zinc.
The sheet resistance of the obtained thin film was measured using a four-probe method (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Loresta), and the film thickness was measured using "Alpha-Step IQ" manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd., and the resistivity was calculated. As a result, it was 3.7 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 7.4Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane. Further, when hole measurement (“HL5500” manufactured by Nanometrics Japan Co., Ltd.) was performed, the carrier concentration was 1.04 × 10 21 cm −3 and the carrier electron mobility was 15.4 cm 2 / V · s. .
The transmittance of the transparent conductive substrate obtained was 89% on average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on average in the near infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the near infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average. It can be seen that the resistance is reduced while the transmittance in the near infrared region is high.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that the surface resistance after the moisture resistance test was 1.2 times the surface resistance before the moisture resistance test, and the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.2 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.
以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。
さらに、フッ素をドープさせたことにより、キャリア電子移動度を大きくすることができ、得られた透明導電性基板上の膜を近赤外領域の透過性を損なわずにさらに低抵抗化することができた。
From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.
Furthermore, by doping with fluorine, the carrier electron mobility can be increased, and the obtained film on the transparent conductive substrate can be further reduced in resistance without impairing the transmittance in the near infrared region. did it.
[実施例2]
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、フッ化アルミニウム(AlF3、和光純薬工業(株)製)、および酸化チタン(Ti2O3、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とアルミニウム元素とが原子数比 Zn:Ti:Al=96.5:3.0:0.5となるように秤量し、ポリプロピレン製の容器に入れ、更に2mmφジルコニア製ボールと混合溶媒としてエタノールを入れた。これをボールミルにより混合し、原料粉末を得た。
混合操作後、2mmφジルコニア製ボールとエタノールを除去して得られた原料粉末を金型に入れ、40MPaの圧力で加圧し、円盤型の成形体を得た。これを電気炉に入れ、Ar雰囲気で1100℃で加熱処理を行い、酸化物焼結体を得た。この酸化物焼結体の相対密度を酸化物焼結体のサイズから算出したところ93.5%であった。なお、相対密度は、酸化亜鉛、フッ化アルミニウム、酸化チタンの単体密度に混合の重量比をかけ、和をとったものを100%として求めている(式(A)、下式(C)参照)。得られた酸化物焼結体に研削、表面研磨を施し、50.8mmφ、厚さ3mmの酸化物焼結体を得た。
理論密度=(酸化亜鉛の単体密度×混合重量比+フッ化アルミニウムの単体密度×混合重量比+酸化チタンの単体密度×混合重量比)・・・(C)
[Example 2]
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), aluminum fluoride (AlF 3 , manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and titanium oxide (Ti 2 O 3 , manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) The zinc element, the titanium element, and the aluminum element are weighed so as to have an atomic ratio of Zn: Ti: Al = 96.5: 3.0: 0.5, placed in a polypropylene container, and further a 2 mmφ zirconia ball. And ethanol as a mixed solvent. This was mixed by a ball mill to obtain a raw material powder.
After the mixing operation, the 2 mmφ zirconia balls and the raw material powder obtained by removing ethanol were placed in a mold and pressurized with a pressure of 40 MPa to obtain a disk-shaped molded body. This was put in an electric furnace and heat-treated at 1100 ° C. in an Ar atmosphere to obtain an oxide sintered body. It was 93.5% when the relative density of this oxide sintered compact was computed from the size of the oxide sintered compact. The relative density is obtained by multiplying the unit density of zinc oxide, aluminum fluoride, and titanium oxide by the weight ratio of mixing, and taking the sum as 100% (see formula (A) and formula (C) below). ). The obtained oxide sintered body was ground and polished to obtain an oxide sintered body having a diameter of 50.8 mmφ and a thickness of 3 mm.
Theoretical density = (Zinc oxide simple substance density × mixing weight ratio + Aluminum fluoride simple substance density × mixing weight ratio + Titanium oxide simple substance density × mixing weight ratio) (C)
得られた酸化物焼結体を、銅板をバッキングプレートとして用い、インジウム半田を用いてボンディングし、スパッタリングターゲットを得た。
得られたスパッタリングターゲットを用い、スパッタリングにより成膜を行った。スパッタ条件は以下のとおりであり、厚さ約500nmの薄膜を得た。
ターゲット寸法 :50.8mmφ×3mm厚
スパッタリング装置 :キャノンアネルバ製 「E-200S」
スパッタ方式 :DCマグネトロンスパッタリング
到達真空度 :2.0×10-4Pa
Ar圧力 :0.5Pa
基板温度 :200℃
スパッタ電力 :30W
使用基板 :ソーダライムガラス(50.8mm×50.8mm×0.5mm)
The obtained oxide sintered body was bonded using indium solder using a copper plate as a backing plate to obtain a sputtering target.
Using the obtained sputtering target, a film was formed by sputtering. The sputtering conditions were as follows, and a thin film having a thickness of about 500 nm was obtained.
Target size: 50.8 mmφ × 3 mm thickness Sputtering device: “E-200S” manufactured by Canon Anelva
Sputtering method: DC magnetron sputtering Ultimate vacuum: 2.0 × 10 −4 Pa
Ar pressure: 0.5 Pa
Substrate temperature: 200 ° C
Sputtering power: 30W
Substrate used: Soda lime glass (50.8 mm x 50.8 mm x 0.5 mm)
得られた薄膜を2倍希釈した塩酸に溶解させ、ICP−AES(サーモサイエンティフィック社製「Thermo−6500」)により薄膜組成を測定したところ、亜鉛:チタン:アルミニウムのモル比は、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。フッ素が薄膜に含まれているかはXPS(X線光電子分光、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製、「VG Theta Probe」)にて調べたところ、フッ素が薄膜に含まれていることが確認された。
また、この透明導電膜について、X線回折装置(理学電機(株)製「RINT2000」)を用い薄膜測定用のアタッチメントを使用したX線回折を行うとともに、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(TEM−EDX)を用いて亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに電界放射型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンおよびアルミニウムが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
得られた薄膜のシート抵抗を四探針法(三菱化学(株)製、ロレスタ)で、膜厚をケーエルエー・テンコール(株)製「Alpha−Step IQ」を用いて測定し、抵抗率を算出したところ、3.8×10-4Ω・cmであった。表面抵抗は7.6Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。また、ホール測定(ナノメトリクス・ジャパン(株)製、「HL5500」)を行ったところ、キャリア濃度1.02×1021cm-3、キャリア電子移動度15.1cm2/V・sであった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、近赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、近赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。近赤外領域の透過性が高いまま、低抵抗化していることがわかる。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The obtained thin film was dissolved in 2-fold diluted hydrochloric acid, and the thin film composition was measured by ICP-AES (“Thermo-6500” manufactured by Thermo Scientific). The molar ratio of zinc: titanium: aluminum was determined by the target composition. A thin film having almost the same composition as the above was obtained. Whether or not fluorine is contained in the thin film was examined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., “VG Theta Probe”), it was confirmed that fluorine was contained in the thin film. It was.
The transparent conductive film is subjected to X-ray diffraction using an attachment for thin film measurement using an X-ray diffractometer ("RINT2000" manufactured by Rigaku Corporation) and an energy dispersive X-ray microanalyzer (TEM-). EDX) was used to investigate the doping state of titanium into zinc, and further the crystal structure was examined using a field emission electron microscope (FE-SEM). It was also found that aluminum was substituted and dissolved in zinc.
The sheet resistance of the obtained thin film was measured using a four-probe method (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Loresta), and the film thickness was measured using "Alpha-Step IQ" manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd., and the resistivity was calculated. As a result, it was 3.8 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 7.6Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane. Further, when hole measurement (“HL5500” manufactured by Nanometrics Japan Co., Ltd.) was performed, the carrier concentration was 1.02 × 10 21 cm −3 and the carrier electron mobility was 15.1 cm 2 / V · s. .
The transmittance of the transparent conductive substrate obtained was 89% on average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on average in the near infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the near infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average. It can be seen that the resistance is reduced while the transmittance in the near infrared region is high.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that the surface resistance after the moisture resistance test was 1.2 times the surface resistance before the moisture resistance test, and the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.2 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.
以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。
さらに、フッ素をドープさせたことにより、キャリア電子移動度を大きくすることができ、得られた透明導電性基板上の膜を近赤外領域の透過性を損なわずにさらに低抵抗化することができた。
From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.
Furthermore, by doping with fluorine, the carrier electron mobility can be increased, and the obtained film on the transparent conductive substrate can be further reduced in resistance without impairing the transmittance in the near infrared region. did it.
[実施例3]
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、フッ化アルミニウム(AlF3、和光純薬工業(株)製)、および酸化チタン(II)(TiO、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とアルミニウム元素とが原子数比 Zn:Ti:Al=96.5:3.0:0.5となるように秤量し、ポリプロピレン製の容器に入れ、更に2mmφジルコニア製ボールと混合溶媒としてエタノールを入れた。これをボールミルにより混合し、原料粉末を得た。
混合操作後、2mmφジルコニア製ボールとエタノールを除去して得られた原料粉末を金型に入れ、40MPaの圧力で加圧し、円盤型の成形体を得た。これを電気炉に入れ、Ar雰囲気で1100℃で加熱処理を行い、酸化物焼結体を得た。この酸化物焼結体の相対密度を酸化物焼結体のサイズから算出したところ93.5%であった。なお、相対密度は、実施例2と同様にして求めている。得られた酸化物焼結体に研削、表面研磨を施し、50.8mmφ、厚さ3mmの酸化物焼結体を得た。
[Example 3]
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), aluminum fluoride (AlF 3 , manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and titanium (II) oxide (TiO, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) The zinc element, the titanium element, and the aluminum element are weighed so as to have an atomic ratio of Zn: Ti: Al = 96.5: 3.0: 0.5, placed in a polypropylene container, and further a 2 mmφ zirconia ball. And ethanol as a mixed solvent. This was mixed by a ball mill to obtain a raw material powder.
After the mixing operation, the 2 mmφ zirconia balls and the raw material powder obtained by removing ethanol were placed in a mold and pressurized with a pressure of 40 MPa to obtain a disk-shaped molded body. This was put in an electric furnace and heat-treated at 1100 ° C. in an Ar atmosphere to obtain an oxide sintered body. It was 93.5% when the relative density of this oxide sintered compact was computed from the size of the oxide sintered compact. The relative density is obtained in the same manner as in Example 2. The obtained oxide sintered body was ground and polished to obtain an oxide sintered body having a diameter of 50.8 mmφ and a thickness of 3 mm.
得られた酸化物焼結体を、銅板をバッキングプレートとして用い、インジウム半田を用いてボンディングし、スパッタリングターゲットを得た。
得られたスパッタリングターゲットを用い、スパッタリングにより成膜を行った。スパッタ条件は以下のとおりであり、厚さ約500nmの薄膜を得た。
ターゲット寸法 :50.8mmφ×3mm厚
スパッタリング装置 :キャノンアネルバ製 「E-200S」
スパッタ方式 :DCマグネトロンスパッタリング
到達真空度 :2.0×10-4Pa
Ar圧力 :0.5Pa
基板温度 :200℃
スパッタ電力 :30W
使用基板 :ソーダライムガラス(50.8mm×50.8mm×0.5mm)
The obtained oxide sintered body was bonded using indium solder using a copper plate as a backing plate to obtain a sputtering target.
Using the obtained sputtering target, a film was formed by sputtering. The sputtering conditions were as follows, and a thin film having a thickness of about 500 nm was obtained.
Target size: 50.8 mmφ × 3 mm thickness Sputtering device: “E-200S” manufactured by Canon Anelva
Sputtering method: DC magnetron sputtering Ultimate vacuum: 2.0 × 10 −4 Pa
Ar pressure: 0.5 Pa
Substrate temperature: 200 ° C
Sputtering power: 30W
Substrate used: Soda lime glass (50.8 mm x 50.8 mm x 0.5 mm)
得られた薄膜を2倍希釈した塩酸に溶解させ、ICP−AES(サーモサイエンティフィック社製「Thermo−6500」)により薄膜組成を測定したところ、亜鉛:チタン:アルミニウムのモル比は、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。フッ素が薄膜に含まれているかはXPS(X線光電子分光、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製 「VG Theta Probe」)にて調べたところ、フッ素が薄膜に含まれていることが確認された。
また、この透明導電膜について、X線回折装置(理学電機(株)製「RINT2000」)を用い薄膜測定用のアタッチメントを使用したX線回折を行うとともに、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(TEM−EDX)を用いて亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに電界放射型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンおよびアルミニウムが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
得られた薄膜のシート抵抗を四探針法(三菱化学(株)製、ロレスタ)で、膜厚をケーエルエー・テンコール(株)製「Alpha−Step IQ」を用いて測定し、抵抗率を算出したところ、3.6×10-4Ω・cmであった。表面抵抗は7.2Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。また、ホール測定(ナノメトリクス・ジャパン(株)製、「HL5500」)を行ったところ、キャリア濃度1.08×1021cm-3、キャリア電子移動度15.4cm2/V・sであった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、近赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、近赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。近赤外領域の透過性が高いまま、低抵抗化していることがわかる。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The obtained thin film was dissolved in 2-fold diluted hydrochloric acid, and the thin film composition was measured by ICP-AES (“Thermo-6500” manufactured by Thermo Scientific). The molar ratio of zinc: titanium: aluminum was determined by the target composition. A thin film having almost the same composition as the above was obtained. Whether or not fluorine is contained in the thin film was examined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy, “VG Theta Probe” manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and it was confirmed that fluorine was contained in the thin film. .
The transparent conductive film is subjected to X-ray diffraction using an attachment for thin film measurement using an X-ray diffractometer ("RINT2000" manufactured by Rigaku Corporation) and an energy dispersive X-ray microanalyzer (TEM-). EDX) was used to investigate the doping state of titanium into zinc, and further the crystal structure was examined using a field emission electron microscope (FE-SEM). It was also found that aluminum was substituted and dissolved in zinc.
The sheet resistance of the obtained thin film was measured using a four-probe method (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Loresta), and the film thickness was measured using "Alpha-Step IQ" manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd., and the resistivity was calculated. As a result, it was 3.6 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 7.2Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane. In addition, when hole measurement (“HL5500” manufactured by Nanometrics Japan Co., Ltd.) was performed, the carrier concentration was 1.08 × 10 21 cm −3 and the carrier electron mobility was 15.4 cm 2 / V · s. .
The transmittance of the transparent conductive substrate obtained was 89% on average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on average in the near infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the near infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average. It can be seen that the resistance is reduced while the transmittance in the near infrared region is high.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that the surface resistance after the moisture resistance test was 1.2 times the surface resistance before the moisture resistance test, and the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.2 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.
以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。
さらに、フッ素をドープさせたことにより、キャリア電子移動度を大きくすることができ、得られた透明導電性基板上の膜を近赤外領域の透過性を損なわずにさらに低抵抗化することができた。
From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.
Furthermore, by doping with fluorine, the carrier electron mobility can be increased, and the obtained film on the transparent conductive substrate can be further reduced in resistance without impairing the transmittance in the near infrared region. did it.
(実施例4)
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、フッ化アルミニウム(AlF3、和光純薬工業(株)製)、および酸化チタン(II)(TiO、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とアルミニウム元素とが原子数比 Zn:Ti:Al=93.9:2.1:4.0となるように秤量し、ポリプロピレン製の容器に入れ、更に2mmφジルコニア製ボールと混合溶媒としてエタノールを入れた。これをボールミルにより混合し、原料粉末を得た。
混合操作後、2mmφジルコニア製ボールとエタノールを除去して得られた原料粉末を金型に入れ、40MPaの圧力で加圧し、円盤型の成形体を得た。これを電気炉に入れ、Ar雰囲気で1100℃で加熱処理を行い、酸化物焼結体を得た。この酸化物焼結体の相対密度を酸化物焼結体のサイズから算出したところ93.1%であった。なお、相対密度は、実施例2と同様にして求めている。得られた酸化物焼結体に研削、表面研磨を施し、50.8mmφ、厚さ3mmの酸化物焼結体を得た。
Example 4
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), aluminum fluoride (AlF 3 , manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and titanium (II) oxide (TiO, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) The zinc element, the titanium element and the aluminum element are weighed so that the atomic ratio of Zn: Ti: Al = 93.9: 2.1: 4.0 is placed in a polypropylene container, and further a 2 mmφ zirconia ball. And ethanol as a mixed solvent. This was mixed by a ball mill to obtain a raw material powder.
After the mixing operation, the 2 mmφ zirconia balls and the raw material powder obtained by removing ethanol were placed in a mold and pressurized with a pressure of 40 MPa to obtain a disk-shaped molded body. This was put in an electric furnace and heat-treated at 1100 ° C. in an Ar atmosphere to obtain an oxide sintered body. It was 93.1% when the relative density of this oxide sintered compact was computed from the size of the oxide sintered compact. The relative density is obtained in the same manner as in Example 2. The obtained oxide sintered body was ground and polished to obtain an oxide sintered body having a diameter of 50.8 mmφ and a thickness of 3 mm.
得られた酸化物焼結体を、銅板をバッキングプレートとして用い、インジウム半田を用いてボンディングし、スパッタリングターゲットを得た。
得られたスパッタリングターゲットを用い、スパッタリングにより成膜を行った。スパッタ条件は以下のとおりであり、厚さ約500nmの薄膜を得た。
ターゲット寸法 :50.8mmφ×3mm厚
スパッタリング装置 :キャノンアネルバ製 「E-200S」
スパッタ方式 :DCマグネトロンスパッタリング
到達真空度 :2.0×10-4Pa
Ar圧力 :0.5Pa
基板温度 :200℃
スパッタ電力 :30W
使用基板 :ソーダライムガラス(50.8mm×50.8mm×0.5mm)
The obtained oxide sintered body was bonded using indium solder using a copper plate as a backing plate to obtain a sputtering target.
Using the obtained sputtering target, a film was formed by sputtering. The sputtering conditions were as follows, and a thin film having a thickness of about 500 nm was obtained.
Target size: 50.8 mmφ × 3 mm thickness Sputtering device: “E-200S” manufactured by Canon Anelva
Sputtering method: DC magnetron sputtering Ultimate vacuum: 2.0 × 10 −4 Pa
Ar pressure: 0.5 Pa
Substrate temperature: 200 ° C
Sputtering power: 30W
Substrate used: Soda lime glass (50.8 mm x 50.8 mm x 0.5 mm)
得られた薄膜を2倍希釈した塩酸に溶解させ、ICP−AES(サーモサイエンティフィック社製「Thermo−6500」)により薄膜組成を測定したところ、亜鉛:チタン:アルミニウムのモル比は、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。フッ素が薄膜に含まれているかはXPS(X線光電子分光、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製 「VG Theta Probe」)にて調べたところ、フッ素が薄膜に含まれていることが確認された。
また、この透明導電膜について、X線回折装置(理学電機(株)製「RINT2000」)を用い薄膜測定用のアタッチメントを使用したX線回折を行うとともに、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(TEM−EDX)を用いて亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに電界放射型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンおよびアルミニウムが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
得られた薄膜のシート抵抗を四探針法(三菱化学(株)製、ロレスタ)で、膜厚をケーエルエー・テンコール(株)製「Alpha−Step IQ」を用いて測定し、抵抗率を算出したところ、3.8×10-4Ω・cmであった。表面抵抗は7.6Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。また、ホール測定(ナノメトリクス・ジャパン(株)製、「HL5500」)を行ったところ、キャリア濃度1.08×1021cm-3、キャリア電子移動度14.4cm2/V・sであった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、近赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、近赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。近赤外領域の透過性が高いまま、低抵抗化していることがわかる。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.4倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.4倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The obtained thin film was dissolved in 2-fold diluted hydrochloric acid, and the thin film composition was measured by ICP-AES (“Thermo-6500” manufactured by Thermo Scientific). The molar ratio of zinc: titanium: aluminum was determined by the target composition. A thin film having almost the same composition as the above was obtained. Whether or not fluorine is contained in the thin film was examined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy, “VG Theta Probe” manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and it was confirmed that fluorine was contained in the thin film. .
The transparent conductive film is subjected to X-ray diffraction using an attachment for thin film measurement using an X-ray diffractometer ("RINT2000" manufactured by Rigaku Corporation) and an energy dispersive X-ray microanalyzer (TEM-). EDX) was used to investigate the doping state of titanium into zinc, and further the crystal structure was examined using a field emission electron microscope (FE-SEM). It was also found that aluminum was substituted and dissolved in zinc.
The sheet resistance of the obtained thin film was measured using a four-probe method (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Loresta), and the film thickness was measured using "Alpha-Step IQ" manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd., and the resistivity was calculated. As a result, it was 3.8 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 7.6Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane. Further, when hole measurement (“HL5500” manufactured by Nanometrics Japan Co., Ltd.) was performed, the carrier concentration was 1.08 × 10 21 cm −3 and the carrier electron mobility was 14.4 cm 2 / V · s. .
The transmittance of the transparent conductive substrate obtained was 89% on average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on average in the near infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the near infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average. It can be seen that the resistance is reduced while the transmittance in the near infrared region is high.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the moisture resistance test was 1.4 times the surface resistance before the moisture resistance test, and it was found that the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.4 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.
以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。
さらに、フッ素をドープさせたことにより、キャリア電子移動度を大きくすることができ、得られた透明導電性基板上の膜を近赤外領域の透過性を損なわずにさらに低抵抗化することができた。
From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.
Furthermore, by doping with fluorine, the carrier electron mobility can be increased, and the obtained film on the transparent conductive substrate can be further reduced in resistance without impairing the transmittance in the near infrared region. did it.
(実施例5)
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、フッ化アルミニウム(AlF3、和光純薬工業(株)製)、および酸化チタン(II)(TiO、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とアルミニウム元素とが原子数比 Zn:Ti:Al=95.0:3.0:2.0となるように秤量し、ポリプロピレン製の容器に入れ、更に2mmφジルコニア製ボールと混合溶媒としてエタノールを入れた。これをボールミルにより混合し、原料粉末を得た。
混合操作後、2mmφジルコニア製ボールとエタノールを除去して得られた原料粉末を金型に入れ、40MPaの圧力で加圧し、円盤型の成形体を得た。これを電気炉に入れ、Ar雰囲気で1100℃で加熱処理を行い、酸化物焼結体を得た。この酸化物焼結体の相対密度を酸化物焼結体のサイズから算出したところ93.1%であった。なお、相対密度は、実施例2と同様にして求めている。得られた酸化物焼結体に研削、表面研磨を施し、50.8mmφ、厚さ3mmの酸化物焼結体を得た。
(Example 5)
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), aluminum fluoride (AlF 3 , manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and titanium (II) oxide (TiO, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) The zinc element, the titanium element, and the aluminum element were weighed so that the atomic ratio of Zn: Ti: Al = 95.0: 3.0: 2.0, placed in a polypropylene container, and then a 2 mmφ zirconia ball. And ethanol as a mixed solvent. This was mixed by a ball mill to obtain a raw material powder.
After the mixing operation, the 2 mmφ zirconia balls and the raw material powder obtained by removing ethanol were placed in a mold and pressurized with a pressure of 40 MPa to obtain a disk-shaped molded body. This was put in an electric furnace and heat-treated at 1100 ° C. in an Ar atmosphere to obtain an oxide sintered body. It was 93.1% when the relative density of this oxide sintered compact was computed from the size of the oxide sintered compact. The relative density is obtained in the same manner as in Example 2. The obtained oxide sintered body was ground and polished to obtain an oxide sintered body having a diameter of 50.8 mmφ and a thickness of 3 mm.
得られた酸化物焼結体を、銅板をバッキングプレートとして用い、インジウム半田を用いてボンディングし、スパッタリングターゲットを得た。
得られたスパッタリングターゲットを用い、スパッタリングにより成膜を行った。スパッタ条件は以下のとおりであり、厚さ約500nmの薄膜を得た。
ターゲット寸法 :50.8mmφ×3mm厚
スパッタリング装置 :キャノンアネルバ製 「E-200S」
スパッタ方式 :DCマグネトロンスパッタリング
到達真空度 :2.0×10-4Pa
Ar圧力 :0.5Pa
基板温度 :200℃
スパッタ電力 :30W
使用基板 :ソーダライムガラス(50.8mm×50.8mm×0.5mm)
The obtained oxide sintered body was bonded using indium solder using a copper plate as a backing plate to obtain a sputtering target.
Using the obtained sputtering target, a film was formed by sputtering. The sputtering conditions were as follows, and a thin film having a thickness of about 500 nm was obtained.
Target size: 50.8 mmφ × 3 mm thickness Sputtering device: “E-200S” manufactured by Canon Anelva
Sputtering method: DC magnetron sputtering Ultimate vacuum: 2.0 × 10 −4 Pa
Ar pressure: 0.5 Pa
Substrate temperature: 200 ° C
Sputtering power: 30W
Substrate used: Soda lime glass (50.8 mm x 50.8 mm x 0.5 mm)
得られた薄膜を2倍希釈した塩酸に溶解させ、ICP−AES(サーモサイエンティフィック社製「Thermo−6500」)により薄膜組成を測定したところ、亜鉛:チタン:アルミニウムのモル比は、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。フッ素が薄膜に含まれているかはXPS(X線光電子分光、サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製 「VG Theta Probe」)にて調べたところ、フッ素が薄膜に含まれていることが確認された。
また、この透明導電膜について、X線回折装置(理学電機(株)製「RINT2000」)を用い薄膜測定用のアタッチメントを使用したX線回折を行うとともに、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(TEM−EDX)を用いて亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに電界放射型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンおよびアルミニウムが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
得られた薄膜のシート抵抗を四探針法(三菱化学(株)製、ロレスタ)で、膜厚をケーエルエー・テンコール(株)製「Alpha−Step IQ」を用いて測定し、抵抗率を算出したところ、3.6×10-4Ω・cmであった。表面抵抗は7.2Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。また、ホール測定(ナノメトリクス・ジャパン(株)製、「HL5500」)を行ったところ、キャリア濃度1.10×1021cm-3、キャリア電子移動度15.3cm2/V・sであった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、近赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、近赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。近赤外領域の透過性が高いまま、低抵抗化していることがわかる。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The obtained thin film was dissolved in 2-fold diluted hydrochloric acid, and the thin film composition was measured by ICP-AES (“Thermo-6500” manufactured by Thermo Scientific). The molar ratio of zinc: titanium: aluminum was determined by the target composition. A thin film having almost the same composition as the above was obtained. Whether or not fluorine is contained in the thin film was examined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy, “VG Theta Probe” manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), and it was confirmed that fluorine was contained in the thin film. .
The transparent conductive film is subjected to X-ray diffraction using an attachment for thin film measurement using an X-ray diffractometer ("RINT2000" manufactured by Rigaku Corporation) and an energy dispersive X-ray microanalyzer (TEM-). EDX) was used to investigate the doping state of titanium into zinc, and further the crystal structure was examined using a field emission electron microscope (FE-SEM). It was also found that aluminum was substituted and dissolved in zinc.
The sheet resistance of the obtained thin film was measured using a four-probe method (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Loresta), and the film thickness was measured using "Alpha-Step IQ" manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd., and the resistivity was calculated. As a result, it was 3.6 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 7.2Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane. Further, when hole measurement (“HL5500” manufactured by Nanometrics Japan Co., Ltd.) was performed, the carrier concentration was 1.10 × 10 21 cm −3 and the carrier electron mobility was 15.3 cm 2 / V · s. .
The transmittance of the transparent conductive substrate obtained was 89% on average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on average in the near infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the near infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average. It can be seen that the resistance is reduced while the transmittance in the near infrared region is high.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that the surface resistance after the moisture resistance test was 1.2 times the surface resistance before the moisture resistance test, and the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.2 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.
以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。
さらに、フッ素をドープさせたことにより、キャリア電子移動度を大きくすることができ、得られた透明導電性基板上の膜を近赤外領域の透過性を損なわずにさらに低抵抗化することができた。
From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.
Furthermore, by doping with fluorine, the carrier electron mobility can be increased, and the obtained film on the transparent conductive substrate can be further reduced in resistance without impairing the transmittance in the near infrared region. did it.
Claims (5)
全金属原子数に対するチタンの原子数の割合が2%超10%以下であり、全金属原子数に対するフッ化ガリウムおよびフッ化アルミニウムの一方または両方の金属原子数の割合が0.1%以上5%以下であり、かつチタン源として、一般式:TiO2-X(X=0.1〜1)で表される低原子価酸化チタンを用いた酸化物焼結体であることを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。 A zinc oxide-based transparent conductive film forming material containing zinc oxide as a main component, including at least one of gallium fluoride and aluminum fluoride, and further including titanium,
The ratio of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms is more than 2% and not more than 10%, and the ratio of the number of metal atoms of one or both of gallium fluoride and aluminum fluoride to the total number of metal atoms is 0.1% or more and 5 %, And as a titanium source, it is an oxide sintered body using a low-valence titanium oxide represented by the general formula: TiO 2-X (X = 0.1-1). Zinc oxide-based transparent conductive film forming material.
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JP (1) | JP2012140276A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106458763A (en) * | 2014-07-31 | 2017-02-22 | 东曹株式会社 | Oxide sintered compact, method for producing same, and sputtering target |
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2010
- 2010-12-28 JP JP2010293547A patent/JP2012140276A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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