[发明专利]导电靶材

说明书

本发明涉及一种导电靶材，其包含主要一种锂化合物、优选磷酸锂，及碳，以及常见杂质。本发明还涉及一种制造导电靶材的方法及其用途。

技术领域

本发明涉及一种导电靶材，其包含主要一种锂化合物、优选磷酸锂，碳，以及常见杂质。本发明另外还涉及一种制造导电靶材的方法及其用途。

背景技术

由以下构成的靶材系在物理气相沉积(PVD)系统中用于沉积锂离子电解质层：锂化合物，例如磷酸锂(Li₃PO₄)、氧化锂镧锆(Li₇La₃Zr₂O₁₂)；或其他含锂化合物，例如Li₃P、Li₂O、Li₃N、LiBO₂、Li₂SO₄、Lil或LiBP；或含有锂化合物的复合材料，例如Li₂SO₄-SiS₂-P₂S₅。以此方式沉积的层可用于制造薄膜电池，其中经沉积的锂离子电解质层应具有极低电导率，且优选应为电绝缘。其作为电解质层的适合性产生于其离子电导率。

一般而言，借助于RF/HF(射频/高频)反应溅射方法实现这类锂离子电解质层的沉积，例如，在沉积操作过程中在氮气及/或氧气的参与下溅射磷酸锂标靶，形成具有高离子电导率的含氮LiPON层。常规的由锂化合物、尤其磷酸锂构成的单相靶材及其制造锂离子电解质层的用途例如在WO 2008 58171 A2中有所描述。

当然，同样可能通过相应靶材的沉积来制造其他类型的锂离子电解质层。然而，常规的由锂化合物、例如磷酸锂(Li₃PO₄)构成的靶材的低电导率极大地限制DC(直流)及脉冲DC溅射方法的使用，且因此限制所制造的锂离子电解质层能够达到的沉积速率。完全绝缘的靶材无法经由DC及脉冲DC溅射沉积。

例如根据描述陶瓷靶材中的掺杂元素(特别是银、锡、锌、铋及锑)的用途的WO2007 042394 A1，已知可能随后也用于DC或脉冲DC溅射方法的导电靶材。

然而，掺杂金属元素的缺点在于，为了防止这些元素在层沉积过程中并入层中且因此在该层中实现导电，必须提供较大的开支。举例而言，分别选择性将金属元素或者在溅射方法过程中形成的其化合物沉积于经冷却的板片或碟片上是必需的。

US 2009 0159433 A1中描述了一种通过提供本质上导电的靶材来制造锂离子电解质层的方法。其中，以反应溅射方法(DC、脉冲DC、AC或RF)，在氧气及氮气存在下侵蚀由多种不同的锂化合物和/或磷化合物(例如Li₃P、Li₃N或P₂O₃)组成的标靶并且由此制造锂离子电解质层。此处必须通过靶材中的不同的各个化合物的比率及通过溅射氛围中氧气比氮气的比率，设定所制成的薄层的期望的组成。这随后在方法参数的选择中以及在同样需要高成本的相应靶材的制造中导致高度复杂性。

在靶材中使用多种不同的化合物的情况下，还存在沉积具有非均质性质的层的风险。这对于这类锂离子电解质层所需的恒定离子电导率尤其不利。另外，存在多种具有不同热导率及/或热膨胀系数的化合物导致热震稳定性降低，降低的热震稳定性可能随后对靶材的机械强度产生不利影响。

在靶材中使用多种不同化合物而言，另一缺点为各种化合物存在不同溅射速率。由此可能使具有恒定厚度的层的沉积变得困难。

发明内容

因此，本发明的目的为提供一种导电靶材，其适用于借助于DC或脉冲DC溅射沉积锂离子电解质层。

待沉积层的所期望的化学组成应易于设定且在层中为均质的。另外，导电靶材应具有高热震稳定性以及高过程稳定性，且因而确保低成本。应避免上述缺点。