CN110678938A - 透明导电膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透明导电膜，其透明性和导电性优异，进一步具有高的硬度。本发明的一个实施方式的透明导电膜为成膜于基底上的透明导电膜。上述透明导电膜包含氧化锡、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽以及0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌。这样的透明导电膜由于包含氧化锡、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽以及0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌，因此具有高的硬度，进一步地，透明性和导电性优异。

Description

透明导电膜
技术领域
本发明涉及一种透明导电膜。
背景技术
在表面保护膜的代表中，有DLC(Diamond Like Carbon)膜。DLC膜例如包含sp3键和sp2键，如果sp3键的比率多，则为金刚石性，如果sp2键的比率多，则为石墨性。例如，当sp3键的比率高时，DLC膜的透明性、高硬度性、绝缘性优异，当sp2键的比率高时，DLC膜的非透明性、低硬度性、导电性优异。DLC膜可用于温度传感器的表面保护膜(参照例如专利文献1)、用于显示面板的表面保护膜(参照例如专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-207396号公报；
专利文献2：日本特开2013-130854号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在作为表面保护膜要求低电阻的情况下，当在DLC膜中使sp2键的比率增加时，虽然其电阻下降，但是膜的透明性降低、硬度变低。另一方面，当在DLC膜中使sp3键的比率增加时，虽然透明性和硬度提高，但是电阻升高。
鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种透明性和导电性优异，进一步具有高的硬度的透明导电膜。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的透明导电膜为成膜于基底上的透明导电膜。上述透明导电膜包含氧化锡、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽以及0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌。
这样的透明导电膜由于包含氧化锡、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽以及0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌，因此具有高的硬度，进一步地，透明性和导电性优异。
上述透明导电膜可以具有1000nm以下的厚度。
即使是这样薄的透明导电膜，也具有高的硬度，进一步地，透明性和导电性优异。
上述透明导电膜可以具有100Ω/sq.以下的方块电阻。
根据这样的透明导电膜，方块电阻为100Ω/sq.以下，导电性优异。
上述透明导电膜可以具有3500μΩ·cm以下的电阻率。
根据这样的透明导电膜，电阻率为3500μΩ·cm以下，导电性优异。
上述透明导电膜可以具有1000kgf/mm2以上的维氏硬度。
根据这样的透明导电膜，维氏硬度为1000kgf/mm2以上，硬度优异。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够提供一种透明性和导电性优异，进一步具有高的硬度的透明导电膜。
附图说明
图1为形成本实施方式的透明导电膜的成膜装置的示意性截面图。
图2为表示本实施方式的透明导电膜的光学特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。各附图中有时导入XYZ轴坐标。
图1为形成本实施方式的透明导电膜的成膜装置的示意性截面图。
本实施方式的透明导电膜例如由图1所示的磁控管式的溅射装置1形成。溅射装置1具有真空容器10、导气管15、基板托(tray)16、成膜源20、电源21A、21B、及真空排气泵30等。
真空容器10具有上端开口的容器本体101和覆盖容器本体101的上端的盖体102。真空容器10为地电位。真空容器10的侧壁设有开口10h。开口10h设置有闸阀11。真空容器10经由闸阀11连接于例如其它真空容器。
真空容器10在内部划分有处理室103。处理室103能够通过真空排气泵30维持减压状态(例如，1×10-5Pa以下)。真空排气泵30例如由涡轮分子泵和连接于其排压侧的回转泵构成。此外，在真空容器10中设置有用于对处理室103内导入放电气体的导气管15。放电气体包含例如氩和氧中的至少1种。放电气体不限于氩、氧。
在处理室103中设置有用于支承基板50的基板托16。基板托16能够以旋转轴17为中心旋转。基板托16与盖体102之间设置有加热机构等温度调节器18。基板托16例如为地电位。基板托16能够设置多个基板50。基板托16能够脱离旋转轴17例如能够将多个基板50与基板托16一同运送到处理室103内外。
基板托16下设置有成膜源20。成膜源20与基板托16相对。在图1的例子中，作为成膜源20，示例有多个阴极单元20A、20B。阴极单元20A具有靶(target)201A、背板202A和磁铁203A。阴极单元20B具有靶201B、背板202B和磁铁203B。
阴极单元数不限于图示的数量。靶201A、201B为溅射源，并且也为阴极电极。基板50与靶201A、201B之间的距离为例如60mm以上且300mm以下。
靶201A、201B的任一个都包含氧化锡、氧化钽和氧化铌。此外，也可以靶201A包含氧化锡、氧化钽和氧化铌中的至少2种材料，靶201B包含氧化锡、氧化钽和氧化铌中除靶201A的材料以外的材料。此外，除阴极单元20A、20B以外，还可以将另外的阴极单元设置于处理室103，靶201A包含氧化锡，靶201B包含氧化钽，剩余的靶包含氧化铌。
靶201A、201B的各自的平面形状为例如圆形。例如各自的直径为4英寸。对于靶201A，在溅射时，由电源21A经由电缆22A供给1W/cm2以上且3W/cm2以下的电力。对于靶201B，在溅射时，由电源21B经由电缆22B供给1W/cm2以上且3W/cm2以下的电力。
磁铁203A设置于背板202A的背面侧。由磁铁203A发出的磁场经由背板202A漏出到靶201A的表面。磁铁203B设置于背板202B的背面侧。由磁铁203B发出的磁场经由背板202B透出到靶201B的表面。
靶201A的表面隔开规定的距离被遮挡板(shutter)23A所覆盖(关闭状态)或从遮挡板23A开放而露出于处理室103(打开状态)。靶201B的表面隔开规定的距离被遮挡板23B所覆盖或从遮挡板23B开放而露出于处理室103。
在本实施方式中，作为一个例子示出如下：靶201A成为溅射源，将包含氧化锡、氧化钽和氧化铌的透明导电膜形成于基板50。即，靶201A包含氧化锡、氧化钽和氧化铌，遮挡板23A为打开状态，靶201A成为溅射源，将包含氧化锡、氧化钽和氧化铌的透明导电膜成膜于基板50。另外，溅射时，遮挡板23B为关闭状态。
靶201A包含例如作为主成分的氧化锡(SnO2)、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽(Ta2O5)和0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌(Nb2O5)。在靶201A中，例如可包含96.8wt％以上且98.2wt％以下的氧化锡。
作为一个例子，在靶201A中，氧化锡为主成分，包含2.0wt％的氧化钽和0.5wt％的氧化铌。在该情况下，在靶201A中例如包含97.5wt％的氧化锡。氧化锡、氧化钽和氧化铌各自的组成除了是化学计量组成以外，也可以是与化学计量组成接近的组成。
电源21A、21B各自为例如DC电源、RF电源(频率：13.56MHz)或DC脉冲电源(脉冲频率：5kHz以上且400kHz以下)中的任一种。靶201A经由电缆22A与电源21A连接。可以在电缆22A的中间设置匹配电路。靶201B经由电缆22B与电源21B连接。可以在电缆22B的中间设置匹配电路。
在溅射装置1中，以处理室103维持为规定压力的放电气体的状态下，由电源21A对靶201A施加规定功率的电力。由此，处理室103中产生等离子体，等离子体中的离子对靶201A进行溅射。结果是，由靶201A释放的溅射粒子堆积在基板50上。即，透明导电膜成膜于基板50的表面。放电气体为例如氧气或氧气与氩气的混合气体。
此外，溅射装置1采用磁控管式，因此，在靶201A附近，电子的俘获效应得到促进，放电气体会高效地电离。由此，放电气体中的离子以高频度冲击靶201A，溅射粒子从靶201A高效地释放。溅射时的真空容器10内的气体氛围为0.1Pa以上且10Pa以下。
作为透明导电膜的基底的基板50，其可使用例如蓝宝石基板、玻璃基板、半导体基板等。对于基板50，可以在其表面可形成有导电膜、导电膜图案、绝缘膜(无机物、有机物)、绝缘膜图案等。在溅射时，基板50的温度可控制为例如25℃(室温)以上且300℃以下。基板50的平面形状为例如矩形，一边的长度为30mm以上且200mm以下。
成膜条件的例子如下所示。
靶材：氧化锡(97.5wt％)/氧化钽(2.0wt％)/氧化铌(0.5wt％)
电力：2W/cm2(DC电源)
氩分压：0.5Pa
氧分压：2×10-2Pa
基板温度：室温
膜退火(成膜后)：250℃、1小时(大气氛围)
在此，氧分压为一个例子，通过调节氧分压可适当调节透明导电膜中的氧浓度，其电阻率调节为期望的值。此外，透明导电膜的厚度为1000nm以下。
在本实施方式中，成膜于基板50上的透明导电膜能够应用为例如传感器的表面保护膜、针对ESD(Electro Static Discharge)使用的表面保护膜、显示面板的表面保护膜等。成膜于基板50上的透明导电膜的透明性、导电性优异且适于硬涂层。
以下，对成膜于基板50上的透明导电膜进行说明。
透明导电膜包含作为主成分的氧化锡(SnOx：1.5≤x≤2)、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽(Ta2Oy：3.5≤y≤5)和0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌(Nb2Oz：3.5≤z≤5)。透明导电膜包含例如96.8wt％以上且98.2wt％以下的氧化锡。氧化锡、氧化钽和氧化铌各自的组成可以是化学计量组成，也可以是与化学计量组成接近的组成。与化学计量组成接近的组成是指例如氧稍微欠缺状态的组成。
作为一个例子，在透明导电膜中，氧化锡为主成分，包含2.0wt％的氧化钽和0.5wt％的氧化铌。例如，透明导电膜中的氧化锡的浓度为97.5wt％。这样的透明导电膜由于包含氧化锡、1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽和0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌，因此具有高的硬度，进一步地，透明性和导电性优异。
例如，具有1000kgf/mm2以上的维氏硬度。此外，透明导电膜在可见光区域具有76％以上的透光率。进而，透明导电膜具有100Ω/sq.以下的方块电阻，具有3500μΩ·cm以下的电阻率。
另外，在透明导电膜中，有时包含在靶材的制造过程中导入的微量的铝(Al)、锆(Zr)等元素。在透明导电膜中包含微量元素(Al、Zr等)或者不包含，在本实施方式中，都可得到实质上相同的效果。另外，作为副成分，除上述氧化物以外，为第3族元素中的任一种。
接下来，对透明导电膜的具体效果进行说明。
图2为表示本实施方式的透明导电膜的光学特性的图。图2的横轴为波长(nm)，纵轴为透光率(％)。
图2中示出了形成有透明导电膜的蓝宝石基板的透光率(A线)和蓝宝石基板的透光率(B线)。B线相当于带透明导电膜的蓝宝石基板的透光率的本底(background)。在此，蓝宝石基板的厚度为0.5mm。透明导电膜的厚度为360nm。
如图2所示，在400nm以上的波长区域中，带透明导电膜的蓝宝石基板的透光率成为65％以上且83％以下。当由蓝宝石基板的透光率(本底值)换算透明导电膜的单层的透光率时，在透明导电膜中，波长400nm以上的透光率为76％以上且97％以下。
此外，在图2所示的透明导电膜中，方块电阻为75Ω/sq.以上且100Ω/sq.以下，电阻率为2625μΩ·cm以上且3500μΩ·cm以下。在透明导电膜中，当方块电阻大于100Ω/sq.时，在用作电极的情况下，有时方块电阻高而产生不良状况，因此不优选。
此外，在表1中示出本实施方式的透明导电膜的硬度和比较例的ITO(Indium TinOxide)膜的硬度。
比较例(ITO膜)的成膜条件：
靶材：氧化铟(90wt％)/氧化锡(10wt％)
电力：2W/cm2(DC电源)
氩分压：0.5Pa
氧分压：5×10-3Pa
基板温度：室温
膜退火(成膜后)：250℃、1小时(大气氛围)
[表1]
膜厚(nm) HM(N/mm<sup>2</sup>) HIT(N/mm<sup>2</sup>) HV(Kgf/mm<sup>2</sup>)
实施例 1000 7.0×10<sup>3</sup> 1.1×10<sup>4</sup> 1.0×10<sup>3</sup>
比较例 1000 2.1×10<sup>3</sup> 2.7×10<sup>3</sup> 2.6×10<sup>2</sup>
在表1中，“HM”为马氏硬度。“HIT”为纳米压痕硬度。“HV”为维氏硬度。作为基板50，使用蓝宝石基板。
如表1所示，实施例(透明导电膜)的马氏硬度、纳米压痕硬度和维氏硬度比比较例(ITO膜)的马氏硬度、纳米压痕硬度和维氏硬度高。ITO膜作为透明导电膜是广为人知的材料。本实施方式的透明导电膜与ITO膜相比进一步具有高的硬度。例如，实施例(透明导电膜)的各自的硬度为比较例(ITO膜)的约3倍。
像这样，本实施方式的透明导电膜具有高的硬度，进一步地，透明性和导电性优异。特别是，如果将本实施方式的透明导电膜用作设备的表面保护膜，则设备的抗损伤性会大大提高。例如，即使用人手、笔触碰透明导电膜，透明导电膜经长时间也不易受损伤，且还不易带电。
以上，对本发明的实施方式进行说明，但本发明不仅仅限定于上述的实施方式，当然可以加入各种变更。
附图标记说明
1：溅射装置；
10：真空容器；
101：容器本体；
102：盖体；
103：处理室；
10h：开口；
11：闸阀；
15：导气管；
16：基板托；
17：旋转轴；
18：温度调节器；
20：成膜源；
20A、20B：阴极单元；
201A、201B：靶；
202A、202B：背板；
203A、203B：磁铁；
21A、21B：电源；
22A、22B：电缆；
23A、23B：遮挡板；
30：真空排气泵；
50：基板。

Claims (5)

1.一种透明导电膜，成膜于基底上，包含
氧化锡、
1.5wt％以上且2.5wt％以下的氧化钽、以及
0.3wt％以上且0.7wt％以下的氧化铌。
2.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中，
所述透明导电膜具有1000nm以下的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的透明导电膜，其中，
所述透明导电膜具有100Ω/sq.以下的方块电阻。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的透明导电膜，其中，
所述透明导电膜具有3500μΩ·cm以下的电阻率。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的透明导电膜，其中，
所述透明导电膜具有1000kgf/mm2以上的维氏硬度。
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