CN102731068B

CN102731068B - 一种低密度ito蒸镀靶材的制备方法

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Publication number: CN102731068B
Application number: CN201210228241.2A
Authority: CN
Inventors: 周贤界; 郑子涛; 许积文; 苏中华
Original assignee: SHAOGUAN SIGMA TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Guizhou Faraday magnetoelectric Technology Co., Ltd
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: CN102731068A

Abstract

本发明涉及一种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，通过采用高活性、单分散的ITO纳米粉体作为原料，通过高温预烧制、掺脂、造粒处理，得到性能均匀的造粒ITO粉，再经过成型、脱脂处理后，在常压或无压的氧气气氛中烧结而成。本发明具有生产安全、低成本的优势，所制备的ITO蒸镀靶材能有效防止蒸镀中出现的破裂和喷溅现象，并且具有较好的均匀性和成膜特性。

Description

一种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种蒸发镀膜材料的制备方法，特别涉及一种用于GaN基发光二极管透明电极的ITO氧化物蒸镀材料的制备方法。

背景技术

LED（Light Emitting Diode），即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED改变了传统白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED具备体积小、寿命长、光效高、高亮度、低热量、无辐射、低功耗、环保和坚固耐用的优点。LED 的应用领域非常广，包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等，可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。

自从1991年Nichia公司的Nakamura等人成功地研制出掺Mg的异质结GaN蓝光LED，GaN基LED得到了迅速的发展。GaN基LED以其寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特性被广泛研究并且获得了工业化生产。为了提高GaN基发光二极管的出光率，业内人士在不断的探索各种提高亮度的方法。

铟锡氧化物简称ITO（Indium Tin Oxides），ITO是一种n型氧化物半导体，具有良好的导电性和透明性，良好的化学稳定性、热稳定性与衬底的附着性，以及优异的图形加工特性。采用电子束蒸镀或磁控溅射制备的ITO薄膜其电阻率可达到10^-4Ωcm，可见光透光率达90%以上，而且ITO薄膜的电阻率和透光率可通过调节In₂O₃与SnO₂的比例以及薄膜制备工艺条件来进行控制。

早在1997年台湾工业研究院为了避开日亚化学的TCL（Transparent Conductive Layer）材料——Ni/Au的专利，用ITO薄膜取代Ni/Au。不仅极大的提高了发光功率，而且管芯发光功率衰减性能也得到了改善。GaN基LED芯片生产商纷纷选择ITO薄膜作为透明电极。

GaN基LED用ITO薄膜的制备工艺为电子束蒸镀，需要低密度多孔的靶材作为蒸镀源。制备低密度ITO靶材的公知方法中，对粉体进行钝化处理采用的是粉体加压成型并破碎，然后高温煅烧和粉碎的处理方式。成型时掺入的粘接剂单一，粉体干燥处理采用简单的电热干燥。同时，靶材烧结时通过加入高压氧气来助烧，生产成本和危险性比较高。因此，改善低密度ITO蒸镀靶材的烧结工艺，减少工序，降低烧结压力和烧结温度，实现低成本及降低生产的危险性，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种低成本、低危险性、短周期、大规模的低密度ITO蒸镀靶材的制备方法。采用本发明制备的低密度ITO蒸镀靶材，作为蒸镀GaN基LED透明电极用的高纯、低致密度的起始材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法, 其工艺步骤是：

步骤一:根据成分配比要求,按照In₂O₃：90%～98%，SnO₂：2%～10%合成锡掺杂的氧化铟粉体，粉体的平均粒径D50为50～250nm，比表面积为3～20m²/g；

步骤二:将步骤一所述的ITO粉体置于煅烧炉内，在常压或无压氧气氛下进行预烧处理，温度为1300～1600℃，时间为3～16小时；

步骤三:将预烧的ITO粉体进行掺脂处理，掺入的有机物包括粘接剂、脱模剂和离型剂，使有机物均匀包覆粉体；

步骤四:将掺脂ITO粉体在80～160℃进行干燥、造粒处理；

步骤五:将造粒ITO粉体放入金属模具中预压成型，压力为40～100Mpa；

步骤六:将成型的ITO素坯放入脱脂炉内，在500～800℃下脱水排脂肪，保温4～48小时；

步骤七:将经步骤六处理后的脱脂ITO素坯放入烧结炉内，在常压或无压氧气氛下进行烧结，温度为1400～1650℃，时间为8～72小时；

通过上述步骤，制备出低密度的ITO蒸镀靶材。

ITO材料的纯度在99.99%或以上，相对密度为60～64%，ITO靶材中In₂O₃的质量百分含量为90～98%，SnO₂的质量百分含量为2～10%，且In₂O₃和SnO₂的质量总和为100%。

所使用的原料为锡掺杂的氧化铟纳米粉体，其相成分为In₂O₃单相结构，锡均匀掺杂于氧化铟中。

在步骤二中所使用的ITO纳米粉体通过高温预烧进行钝化处理，使晶粒初步长大，活性降低；升温速率为每分钟1～10℃。

步骤四中的干燥方式有电热、红外和沸腾干燥。

步骤七中烧结温度1400～1650℃，升温速率为每分钟5～12℃；烧结的气体为氧气，氧气压力为常压或无压。

采用上述方法所制备的低密度ITO靶材进行电子束蒸发镀膜，当ITO薄膜厚度为250nm时，455nm处的透光率大于97%，方块电阻小于10Ω/sq，能够满足GaN基短波长LED透明电极的要求。

本发明的有益效果是：本发明无需对ITO纳米粉体进行冷压处理，减少制备工序；本发明可选择掺入多种功能的粘接剂来改善成型能力，以及多种粉体干燥处理方式；本发明可显著降低烧结压力，提高烧结效率，降低生产成本和危险性；采用本发明易于实现连续化、规模化生产；本发明特别有利于常压或无压氧气气氛下烧结出高品质的低密度ITO蒸镀靶材。

附图说明

图1为本发明的工艺流程方框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

参见图1，一种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其工艺步骤是：

步骤一:根据成分配比要求,按照In₂O₃：90%～98%，SnO₂：2%～10%合成锡掺杂的氧化铟粉体，粉体的平均粒径D50为50～250nm，比表面积为3～20m²/g;

步骤四:将掺脂ITO粉体在80～160℃进行干燥、造粒处理；

通过上述步骤，制备出低密度的ITO蒸镀靶材。

采用上述方法所制备的低密度ITO靶材进行电子束蒸发镀膜，当ITO薄膜厚度约250nm时，455nm处的透光率大于97%，方块电阻小于10Ω/sq，能够满足GaN基短波长LED透明电极的要求。

本发明无需对ITO纳米粉体进行冷压处理，减少制备工序；本发明可选择掺入多种功能的粘接剂来改善成型能力，以及多种粉体干燥处理方式；本发明可显著降低烧结压力，提高烧结效率，降低生产成本和危险性；采用本发明易于实现连续化、规模化生产；本发明特别有利于常压或无压氧气气氛下烧结出高品质的低密度ITO蒸镀靶材。

实施例1：

ITO粉体原料中，In₂O₃: SnO₂重量比为90%:10%，粉体的平均粒径D50为120nm，比表面积为11.6m²/g。将所述的ITO粉体置于高温煅烧炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1550℃，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入3wt%的PVA，在80℃的温度下干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入脱脂炉，在600下脱脂，保温10小时。将脱脂的ITO素坯放入高温烧结炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1400℃，烧结时间10小时。ITO蒸镀靶材的密度为61.5%，电阻率为5.3×10^-3Ω·cm。电子束电压7.5kV，束流15mA时，制备的薄膜膜厚250nm，455nm处的透光率为97.6%，方块电阻为8.2Ω/sq。

实施例2：

ITO粉体原料中，In₂O₃: SnO₂重量比为90%:10%，粉体的一次粒径D50为105nm，比表面积为12.4m²/g。将所述的ITO粉体置于高温烧结炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1530℃，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入总量为3wt%的PVA与液体石蜡，再进行80℃干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入高温炉，在600下脱脂，保温10小时。将脱脂的ITO素坯放入高温炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1480℃，时间为8小时。ITO蒸镀靶材的密度为62.2%，电阻率为6.3×10^-3Ω·cm。电子束电压7.5kV，束流15mA时，制备的薄膜膜厚254nm，455nm处的透光率为98.0%，方块电阻为7.4Ω/sq。

实施例3：

ITO粉体原料中，In₂O₃: SnO₂重量比为95%:5%，粉体的一次粒径D50为45nm，比表面积为15.0m²/g。将所述的ITO粉体置于高温烧结炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1500℃，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入总量为2wt%的PVA与吐温-80，进行80℃干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入高温炉，在600下脱脂，保温10小时。将脱脂的ITO素坯放入高温炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1500℃，时间为8小时。ITO蒸镀靶材的密度为62.5%，电阻率为7.2×10^-3Ω·cm。电子束电压7.5kV，束流15mA时，制备的薄膜膜厚243nm，455nm处的透光率为98.2%，方块电阻为9.0Ω/sq。

实施例4：

ITO粉体原料中，In₂O₃: SnO₂重量比为97%:3%，粉体的一次粒径D50为54nm，比表面积为14.7m2/g。将所述的ITO粉体置于高温烧结炉内，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1550℃，时间为6小时。将烧结的ITO粉体掺入2wt%的PVA、PEG以及液体石蜡，再进行80℃干燥处理。将掺脂的ITO粉体放入不锈钢模具中，在40MPa保压3分钟成型。ITO素坯放入高温炉，在600下脱脂，保温10小时。将脱脂的ITO素坯放入高温炉，在常压氧气氛下进行烧结，温度为1520℃，时间为8小时。ITO蒸镀靶材的密度为61.2%，电阻率为6.6×10^-3Ω·cm。电子束电压7.5kV，束流15mA时，制备的薄膜膜厚251nm，455nm处的透光率为99.0%，方块电阻为7.2Ω/sq。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，凡本发明申请专利范围内所做的均等设计变化，均应为本发明的技术工艺所涵盖。

Claims

1.一种低密度ITO蒸镀靶材的制备方法, 其特征在于工艺步骤是：

步骤四:将掺脂ITO粉体在80～160℃进行干燥、造粒处理；

通过上述步骤，制备出低密度的ITO蒸镀靶材。

2.如权利要求1所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是：ITO材料的纯度在99.99%或以上，相对密度为60～64%，ITO靶材中In₂O₃的质量百分含量为90～98%，SnO₂的质量百分含量为2～10%，且In₂O₃和SnO₂的质量总和为100%。

3.如权利要求1所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是：所使用的原料为锡掺杂的氧化铟纳米粉体，其相成分为In₂O₃单相结构，锡均匀掺杂于氧化铟中。

4.如权利要求1所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是：在步骤二中所使用的ITO纳米粉体通过高温预烧进行钝化处理，使晶粒初步长大，活性降低；升温速率为每分钟1～10℃。

5.如权利要求1所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是：步骤四中的干燥方式有电热、红外和沸腾干燥。

6.如权利要求1所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法，其特征是：步骤七中烧结温度1400～1650℃，升温速率为每分钟5～12℃；烧结的气体为氧气，氧气压力为常压或无压。

7.采用如权利要求1所述低密度ITO蒸镀靶材的制备方法所制备的低密度ITO靶材进行电子束蒸发镀膜，其特征是：当ITO薄膜厚度为250nm时，455nm处的透光率大于97%，方块电阻小于10Ω/sq，能够满足GaN基短波长LED透明电极的要求。