DE102004003994A1 - Differential thermal analysis of mixed metallic oxide materials, e.g. indium-tin oxides for semiconductor manufacture to determine metal contents - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiettechnical area
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Gehaltsbestimmung der metallischen Anteile einer Probe eines Oxidsubstrats mit metallischen Anteilen.The The invention relates to methods for determining the content of the metallic Proportions of a sample of an oxide substrate with metallic components.
Stand der TechnikState of technology
Indium-Zinn-Oxid (ITO) ist ein in der Halbleitertechnik gebräuchlicher Werkstoff, welcher für die Herstellung von Flachbildschirmen und semitransparenter Fensterscheiben benötigt wird. Hierfür wird das bei der Herstellung anfallende ITO-Pulver durch heißes isostatisches Pressen zu Targets verdichtet und in Vakuumbedampfungsanlagen auf den jeweiligen Untergrund aufgebracht.Indium-tin-oxide (ITO) is a common material in semiconductor technology, which for the Production of flat screens and semi-transparent windows needed becomes. Therefor The ITO powder obtained during production is added by hot isostatic pressing Targets compressed and in Vakuumbedampfungsanlagen on the respective Surface applied.
Seiner besonderen Eigenschaft verdankt das Indium-Zinn-Oxid neben einem speziellen Mischoxid-Aufbau einem metallischen Restanteil, welcher jedoch weder zu hoch, noch zu niedrig sein darf. Der Kenntnis des Anteils an metallischer Phase kommt somit eine Schlüsselrolle bei dem Herstellungsprozess zu.Its special property owes the indium tin oxide in addition to a special mixed oxide structure of a metallic remainder, which but neither too high nor too low. The knowledge of Share of metallic phase thus plays a key role in the manufacturing process too.
Mit gängigen chemischen Trennverfahren ist es jedoch praktisch unmöglich, den Indium- bzw. Indium-Zinn-Gehalt vor einer Matrix aus Oxiden derselben Elemente zu bestimmen.With common However, it is virtually impossible to use the chemical separation method Indium or indium tin content before a matrix of oxides of the same elements.
Mikrokalorimeter,
insbesondere Differenzkalorimeter, sind bereits bekannt. Ein Differenzkalorimeter misst
die Temperaturdifferenz zwischen einer zu untersuchenden Probe und
einem Referenzprobe. Dazu wird die Differenz der Energiezufuhr zu
einer Substanz und einer Referenzprobe als Funktion der Temperatur
gemessen. Substanz und Referenzprobe sind in einem Heizofen angeordnet
und werden jeweils demselben geregelten Temperaturprogramm unterworfen.
Bei der Umwandlung wird in der Probe Energie frei oder benötigt. Betrachtet
man einen Schmelzprozess, so muss dazu Wärme absorbiert werden. Die
zur Detektion eingesetzten Wärmefühler sind
in Differenz geschaltet und liefern ohne Umwandlung zwischen den
Messpunkten kein Signal. Wird die über den Ofen zugeführte Energie
in einem Behälter
für das
Schmelzen der Probe aufgebracht, bleibt die Temperatur konstant,
während
die Referenzprobe weiter aufheizt. Die entstehende Differenz wird über die
Zeit bzw. Temperatur aufgetragen und zeigt die Umwandlung als Peak
in der Kurve. Die thermodynamischen Grundlagen des Differenzkalorimeters
werden nachfolgend ansatzweise, ohne den Anspruch der Vollständigkeit
zu erfüllen,
erläutert:
Durch
Kalibrierung mit Materialien, deren thermophysikalische Daten schon
sehr genau bereits bestimmt wurden, kann der gemessenen Temperaturdifferenz
ein Wärmestrom zugeordnet werden. Die bei
einer Reaktion von der Probe aufgenommene bzw. abgegebene Wärme (Q)
entspricht der Fläche
unter der Kurve: Microcalorimeters, in particular differential calorimeters, are already known. A differential calorimeter measures the temperature difference between a sample to be examined and a reference sample. For this purpose, the difference between the energy input to a substance and a reference sample as a function of temperature is measured. Substance and reference sample are placed in a heating oven and are each subjected to the same controlled temperature program. The transformation releases or requires energy in the sample. If you consider a melting process, heat must be absorbed. The thermal sensors used for detection are connected in difference and provide no signal without conversion between the measuring points. When the energy supplied through the oven is placed in a container for melting the sample, the temperature remains constant while the reference sample continues to heat up. The resulting difference is plotted over time or temperature and shows the conversion as a peak in the curve. The thermodynamic fundamentals of the differential calorimeter are explained in the following, without fulfilling the claim of completeness:
By calibrating with materials whose thermophysical data have already been determined very accurately, the measured temperature difference can be a heat flow be assigned. The heat absorbed (Q) in a reaction from the sample corresponds to the area under the curve:
Nach
dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik steht diese latente Wärme in Beziehung
zur inneren Energie (U). Dabei spielen die Umgebungsbedingungen
eine entscheidende Rolle. Es gelten folgende thermodynamischen Beziehungen:
Bei
Verwendung eines offenen Probenbehälters ist der Druck im Inneren
konstant. Die Enthalpie (H) der Thermodynamik wird wie folgt definiert:
Somit
erhält
das totale Differential die Form:
Den
Ausdruck für
dU eingesetzt:
Damit ergibt sich unter den zuvor angenommenen Randbedingungen (konstanter Druck) dH = dQ oder ΔH = Q. Es resultiert daraus der Ausdruck Wärmekapazität cp, die Eigenschaft einer Substanz, thermische Energie aufzunehmen. Bei konstantem Druck folgt: This yields, under the previously assumed boundary conditions (constant pressure), dH = dQ or ΔH = Q. The result is the expression heat capacity c p , the property of a substance to absorb thermal energy. At constant pressure follows:
Die Enthalpie der Probe ist durch Integration der cp-Kurve zu berechnen.The enthalpy of the sample is to be calculated by integration of the c p curve.
Offenbarung der Erfindungepiphany the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zu schaffen, welches die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeidet und, welches insbesondere den Gehalt metallischer Anteile vor einer Matrix aus Oxiden derselben Elemente bestimmen kann.task The invention is therefore to provide a method which the known disadvantages of the prior art avoids and which in particular the content of metallic components in front of a matrix Oxides of the same elements can determine.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Gehaltsbestimmung der metallischen Anteile einer Probe eines Oxidsubstrats mit metallischen Anteilen der eingangs genannten Art mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:
- (a) Auswiegen der Probe in einem Behälter,
- (b) Verwendung eines Mikrokalorimeter, in das die ausgewogene Probe mit einer Referenzprobe eingesetzt wird,
- (c) Erfassen oder Regeln der Temperaturdifferenz zwischen Probe und Referenzprobe als Messkurve bei konstant steigender Temperatur,
- (d) Erzeugen einer Wärmestromkurve aus der Temperaturdifferenz,
- (e) Auswerten der so erzeugten Wärmestromkurve,
- (f) Bilden des Verhältnisses von Schmelzenthalpie der Probe und eines bekannten Referenz-Oxidsubstrats mit metallischen Anteilen.
- (a) weighing the sample in a container,
- (b) using a microcalorimeter into which the balanced sample is placed with a reference sample,
- (c) detecting or regulating the temperature difference between the sample and the reference sample as a measurement curve at a constant rising temperature,
- (d) generating a heat flow curve from the temperature difference,
- (e) evaluating the heat flow curve thus generated,
- (f) forming the ratio of enthalpy of fusion of the sample and a known reference oxide substrate with metallic portions.
Da es mit den gängigen chemischen Trennverfahren jedoch praktisch unmöglich ist metallische Anteile, beispielsweise den Indium- bzw. Indium-Zinn-Gehalt vor einer Matrix aus Oxiden derselben Elemente zu bestimmen, gelingt dies überraschenderweise nun über die Schmelzenthalpie der metallischen Phase. Die Schmelzenthalpie der metallischen Phase ist proportional zum Anteil an der Gesamtmenge und kann mittels Mikrokalorimeter, auch unter der Abkürzung DSC (Difference Scanning Calorimeter) bekannt, gemessen werden. Dabei ist diese Methode sehr elegant, weil nur geringe Probemengen benötigt werden, wodurch praktisch keine Abfälle anfallen. Wegen der oft toxischen Substanzen, die es zu untersuchen gilt, kommt dieses erfindungsgemäße Verfahren daher dem Umweltschutz besonders zugute. Außerdem liegt das Ergebnis in relativ kurzer Zeit vor.There it with the usual ones chemical separation process is practically impossible metallic parts, for example, the indium or indium tin content in front of a matrix From oxides of the same elements to determine this succeeds surprisingly now over the enthalpy of fusion of the metallic phase. The enthalpy of fusion the metallic phase is proportional to the proportion of the total amount and can by microcalorimeter, also under the abbreviation DSC (Difference Scanning Calorimeter) known to be measured. there this method is very elegant because only small amounts of sample are needed resulting in virtually no waste attack. Because of the often toxic substances that allow it to be studied applies, this method of the invention comes therefore particularly beneficial to the environment. In addition, the result lies in relatively short time ago.
Ein Aspekt der Erfindung ist nunmehr, dass die metallischen Anteile Indium enthalten. Indium ist ein Metall, welches besonders geeignet ist, dessen Anteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Oxidsubstrat zu bestimmen. Dies gilt in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für Legierungsformen aus Indium, Zinn und/oder Zink.One Aspect of the invention is now that the metallic components Indium contained. Indium is a metal which is particularly suitable is, whose shares in the process according to the invention in an oxide substrate to determine. This applies in a further advantageous embodiment the method according to the invention also for Alloy forms of indium, tin and / or zinc.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Oxidsubstrat mit den metallischen Anteilen in einen ersten Probenbehälter und eine Inertsubstanz als Referenzprobe in einen zweiten Probenbehälter gefüllt werden, welche in das Mikrokalorimeter eingesetzt werden.In an advantageous embodiment of the method according to the invention becomes the oxide substrate with the metallic portions in a first sample container and filling an inert substance as a reference sample into a second sample container, which are used in the microcalorimeter.
Vorzugsweise werden die Probe und ggf. die Referenzprobe in dem Differenzmikrokalorimeter mit konstanter Aufheizgeschwindigkeit von ca. 110° bis 200°C aufgeheizt.Preferably the sample and, if applicable, the reference sample are placed in the differential microcalorimeter heated at a constant heating rate of about 110 ° to 200 ° C.
Weitere Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen.Further Advantages result from the subject matter of the dependent claims and the drawings with the corresponding Descriptions.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description the drawing
Bevorzugtes Ausführungsbeispielpreferred embodiment
In
Die
Probe
Die Gehaltsbestimmung erfolgt durch Peakflächenintegration der Schmelzpeaks. Die sich ergebene Fläche ist die Schmelzenthalpie, welche in Joule pro Gramm (J/g) angegeben wird. Dieser Wert wird mit der Schmelzenthalpie der dem Mischoxid zugrunde liegenden Legierung ins Verhältnis gesetzt. Der prozentuale Anteil der metallischen Phase In90Sn10 ergibt sich dann nach folgender Gleichung: The content is determined by peak area integration of the melting peaks. The resulting area is the enthalpy of fusion, which is reported in joules per gram (J / g). This value is compared with the enthalpy of fusion of the alloy underlying the mixed oxide. The percentage of the metallic phase In 90 Sn 10 is then given by the following equation:
Neben dem Gehalt an metallischer Phase liefert die Bestimmung außerdem eine Information darüber, in welcher Zusammensetzung bzw. wie homogen die Phase vorliegt. Durch Vergleich mit InSn-Phasendiagramm lässt sich aus der Lage der Umwandlungen diese Zusammensetzung ablesen.Next In addition, the provision provides a level of metallic phase Information about it, in which composition or how homogeneous the phase is. By Comparison with InSn phase diagram can be made from the location of the transformations read this composition.
Claims (5)
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DE200410003994 DE102004003994A1 (en) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Differential thermal analysis of mixed metallic oxide materials, e.g. indium-tin oxides for semiconductor manufacture to determine metal contents |
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DE102004003994A1 true DE102004003994A1 (en) | 2005-08-11 |
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ID=34745161
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DE (1) | DE102004003994A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010008486A1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-08-18 | Netzsch-Gerätebau GmbH, 95100 | Temperature control device for thermoanalytical investigations |
DE102014110094A1 (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | Funke Dr. N. Gerber Labortechnik Gmbh | Method and device for determining the freezing point of liquids |
-
2004
- 2004-01-26 DE DE200410003994 patent/DE102004003994A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102010008486A1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-08-18 | Netzsch-Gerätebau GmbH, 95100 | Temperature control device for thermoanalytical investigations |
DE102010008486B4 (en) * | 2010-02-18 | 2012-02-16 | Netzsch-Gerätebau GmbH | Temperature control device for thermoanalytical investigations |
DE102014110094A1 (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | Funke Dr. N. Gerber Labortechnik Gmbh | Method and device for determining the freezing point of liquids |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |