[发明专利]氧化物烧结体、靶、用它制得的透明导电膜以及透明导电性基材

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物烧结体、靶、用它制得的透明导电膜、以及透明导电性基材，更具体地说，涉及以氧化锌为主要成分，进一步含有镁的氧化物烧结体、用其加工而成的靶、用其通过直流溅射法或离子电镀法制得的耐化学试剂性优良的小电阻透明导电膜、以及透明导电性基材。 

透明导电膜具有高导电性和可见光区域的高透光率。透明导电膜除了被用于太阳能电池、液晶显示元件和其他各种感光元件的电极等以外，还被用作为汽车窗和建筑用的热线反射膜、抗静电膜、冷冻陈列柜等的各种防模糊用的透明发热体。 

在透明导电膜中，已知氧化锡(SnO₂)类、氧化锌(ZnO)类、氧化铟(In₂O₃)类薄膜。在氧化锡类中，已被使用的有含锑作为掺杂剂的薄膜(ATO)和含氟作为掺杂剂的薄膜(FTO)。在氧化锌类中，已被使用的有含铝作为掺杂剂的薄膜(AZO)和含镓作为掺杂剂的薄膜(GZO)。工业上应用最广泛的透明导电膜是氧化铟类薄膜。其中含锡作为掺杂物的氧化铟被称作为ITO(铟锡氧化物)膜，特别由于其易于制得小电阻的膜而一直被广泛地应用。 

小电阻的透明导电膜适用于太阳能电池、液晶、有机电致发光和无机电致发光等的表面元件和接触面板。作为这些透明导电膜的制造方法，较多采用溅射法和离子电镀法。特别是溅射法，是低蒸气压材料成膜时以及需要控制精密膜厚时的有效方法，由于其操作非常简便，因而在工业上被广泛地应用。 

溅射法是采用溅射靶作为薄膜原料的成膜法。靶是构成所要形成薄膜的含金属元素的固体，其采用金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物等的烧结体或者根据情况采用单晶。在该方法中，通常一旦使真空装置形成高真空后，通入氩气等稀有气体，在约10Pa以下的气压下，以基板为阳极、溅射靶作为阴极，在它们之间引起辉光放电，产生氩等离子体，并使等离子体中的氩阳离子轰击阴极的溅射靶，使如此弹出的靶成分粒子堆积在基板上、形成膜。 

另外，溅射法以氩等离子体的发生方法而进行分类，采用高频等离子体的称作为高频溅射法，采用直流等离子体的称作为直流溅射法。 

通常，直流溅射法由于与高频溅射法相比成膜速率更快、电源设备更廉价、成膜操作更简便等原因而在工业上被广泛地应用。但是，与采用绝缘性靶也能成膜的高频溅射法相比，直流溅射法中必须采用导电性靶。 

采用溅射法成膜时，成膜速率与靶物质的化学键有密切的关系。溅射法是利用具有动能的氩阳离子冲击靶表面，使靶表面物质获取能量而弹出的现象的方法，靶物质的离子间的键或者原子间的键越弱，则由溅射弹出的概率就越高。 

在ITO等氧化物的透明导电膜的溅射法的成膜方法中，包括使用作为膜构成元素的合金靶(对于ITO膜的情况为In-Sn合金)，在氩气和氧气的混合气体中通过反应性溅射法形成氧化物膜的方法，和使用作为膜构成元素的氧化物烧结体靶(对于ITO膜的 情况为In-Sn-O烧结体)，在氩气和氧气的混合气体中通过反应性溅射法形成氧化物膜的方法。 

其中使用合金靶的方法中，溅射中的氧气供给量很大，而成膜速率和膜的性能(电阻率、透光率)对成膜过程中通入的氧气量的依赖性极大，因而难以稳定地制造具有一定厚度和所需性能的透明导电膜。相比之下，在采用氧化物靶的方法中，一部分供给膜的氧是通过溅射由靶提供的，剩下的不足的氧量由以氧气的方式提供。因此，与使用合金靶时相比，成膜速率和膜的性能(电阻率、透光率)对成膜过程中通入的氧气量的依赖性较小，能够更稳定地制造具有一定厚度、性能的透明导电膜，因此，工业上采用的是使用氧化物靶的方法。 

若考虑生产力和制造成本，直流溅射法比高频溅射法更容易高速成膜。也就是说，如果在对相同的靶输入相同的电力的情况下对成膜速率进行比较，直流溅射法要快2～3倍。并且，在直流溅射法中，由于输入的直流电力越大，则成膜速率越快，因而对于生产力来说也是有利的。因此，在工业上，输入高直流电力也能够稳定地成膜的溅射靶是很有用的。 

一方面，离子电镀法是通过使要成膜的靶材料表面电弧放电而进行局部加热，使其升华、离子化，并使其附着在带负电的工件上而成膜的方法。其均具有在低温下能够获得粘合性好的膜、对基板性质和膜的性质能够有非常多的选择、能够进行合金和化合物的成膜、对环境友好的工艺特征。离子电镀法与溅射法同样，采用氧化物靶的方法也能够稳定地制造具有一定膜厚、性能的透明导电膜。 

如上所述，ITO等氧化铟类材料在工业上已被广泛地应用，但是由于稀有金属铟的成本较高等，因而近年来需要非铟类材 料。