DE112011103399T5

DE112011103399T5 - Silizium-Titanoxid Beschichtung, beschichteter Gegenstand beinhaltend eine Silizium-Titanoxid Beschichtung, und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112011103399T5
Application number: DE112011103399T
Authority: DE
Inventors: Yiwei Lu
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Glass LLC
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US9945983B2; WO2012047249A3; US20140154488A1; US8679302B2; US20110081532A1; WO2012047249A2

Abstract

Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen betreffen eine Schicht aus oder beinhaltend Ti1-xSixOy und/oder ein Verfahren zum Herstellen derselben. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Ti1-xSixOy-basierte Schicht unterstöchiometrisch bezüglich des Sauerstoffs sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung kann die Schicht Ti1-xSixOy beinhalten, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 (mehr bevorzugt von ungefähr 0,1 bis 0,9; und sogar mehr bevorzugt von ungefähr 0,2 bis 0,8, und möglicherweise von ungefähr 0,5 bis 0,8) ist, und y von ungefähr 0,2 bis 2 (mehr bevorzugt von ungefähr 1 bis 2, und sogar mehr bevorzugt von ungefähr 1,5 bis 2, und möglicherweise von ungefähr 1,9 bis 2) ist. Die Schicht kann einen Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9 haben. Die Schicht kann auch mit einem transparenten leitfähigen Oxid in transparenten leitfähigen Beschichtungen verwendet werden.

Description

KREUZBEZÜGE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part (CIP) der US Patentanmeldung mit der Nr. 11/272,448, deren Gesamtoffenbarung hiermit durch in Bezugnahme aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von dieser Erfindung betreffen eine Schicht aus oder beinhaltend Ti_1-xSi_xO_y und/oder ein Verfahren zur Herstellung derselben. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Schicht mittels eines keramischen Targets abgelagert werden. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Ti_1-xSi_xO_y unterstöchiometrisch bezüglich des Sauerstoffs sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung kann die Schicht aus oder beinhaltend Ti_1-xSi_xO_y sein, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 (mehr bevorzugt von ungefähr 0,1 bis 0.9, und sogar mehr bevorzugt von ungefähr 0,2 bis 0,8, und möglicherweise von ungefähr 0,5 bis 0,8) ist, und y von ungefähr 0,2 bis 2 (mehr bevorzugt von ungefähr 1,0 bis 2, und sogar mehr bevorzugt von ungefähr 1,5 bis 2, und möglicherweise von ungefähr 1,9 bis 2) ist. Die Schicht kann durch Sputtern eines Targets aufweisend SiTiOx abgelagert werden, und kann in einer Atmosphäre von oder beinhaltend eins oder mehrere von Ar, O₂ und/oder N₂ Gas(en) gesputtert werden in bestimmten beispielhaften Ausführungsform von dieser Erfindung.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Sputtern ist im Stand der Technik als eine Technik zum Ablagern auf Substrate bekannt. Zum Beispiel können Antireflektions-(AR), transparente leitfähige, und/oder Niedrigemissions-(low-emissivity, low-E)Beschichtungen auf Glassubstrate durch sukzessives Sputterablagern von einer oder verschiedenen Schichten auf das Substrat abgelagert werden. Zum Beispiel kann eine low-E-Beschichtung in der folgenden Reihenfolge beinhalten: ein Glassubstrat/SnO₂/ZnO/Ag/ZnO, wobei die Ag-Schicht eine IR reflektierende Schicht ist, und die Metalloxidschichten dielektrische Schichten sind. In diesem Beispiel können zum Sputterablagern der Basisschicht von SnO₂ ein oder mehrere Zinn-(Sn)Targets verwendet werden, ein oder mehrere Zink-(Zn) beinhaltende Targets können verwendet werden zum Sputterablagern der nächsten Schicht von ZnO, ein Ag-Target kann verwendet werden zum Sputterablagern der Ag-Schicht, und so weiter. Als ein anderes Beispiel kann ein Ti oder TiO_x-Target zum Sputterablagern einer Schicht von Titanoxid (z. B. TiO_x) auf ein Substrat als Basisschicht oder als irgendeine andere Schicht in dem Stapel unter bestimmten Umständen verwendet werden. Das Sputtern von jedem Target wird in einem Kammergehäuse in einer Gasatmosphäre (z. B., eine Mischung von Ar- und O-Gasen in den Sn-, Ti- und/oder Zn-Targetatmosphäre(n)) durchgeführt. In jeder Sputterkammer wird die Sputtergasentladung beibehalten bei einem Partialdruck von weniger als atmosphärisch.
Beispielhafte Literatur, die Sputtern und dafür verwendete Vorrichtungen diskutiert, beinhaltet die US Patentdokumente Nr. 5,427,665 , 5,725,746 , 6,743,343 , und 2004/0163943 , deren gesamte Offenbarungen alle hiermit durch in Bezugnahme aufgenommen werden.
Ein Sputtertarget (zum Beispiel ein zylindrisches rotierbares Magnetron-Sputtertarget) beinhaltet typischerweise eine Kathodenröhre innerhalb welcher eine Magnetanordnung ist. Die Kathodenröhre ist oft aus rostfreiem Stahl oder einem anderen leitfähigen Material gemacht. Das Targetmaterial wird durch Sprayen, Gießen oder Pressen auf die äußere Oberfläche von der rostfreien Stahlkathodenröhre auf der Röhre gebildet (nach Belieben kann eine Trägerschicht zwischen der Kathodenröhre und der Targetmaterialschicht bereitgestellt sein). Jede Sputterkammer beinhaltet ein oder mehrere Targets, und dementsprechend eine oder mehrere von diesen Kathodenröhren. Die Kathodenröhre(n) kann (können) bei einem negativen Potential (zum Beispiel –200 bis –1500 V) gehalten werden und kann (können) während dem Rotieren gesputtert werden. Aufgrund des negativ vorgespannten Potentials an einem Target, werden Ionen von der Sputtergasentladung in das Target beschleunigt und verdrängen oder sputtern Atome weg von dem Targetmaterial. Diese Atome wiederum bilden zusammen mit dem Gas die geeignete Zusammensetzung (z. B. Zinnoxid) welche auf das Substrat gerichtet wird um einen dünnen Film oder eine Schicht von derselben auf dem Substrat zu bilden.
Es gibt verschiedene Arten von Sputtertargets wie zum Beispiel planare Magnetron- und zylindrische rotierbare Magnetron-Targets. Planare Magnetrons können eine Anordnung von Magneten haben, die in der Form einer geschlossenen Schleife angeordnet sind und in einer fixierten Position hinter dem Target montiert sind. Dadurch wird ein magnetisches Feld in der Form einer geschlossenen Schleife vor dem Target erzeugt. Dieses Feld bewirkt es, dass Elektronen aus der Entladung in dem Feld gefangen werden und sich in einem Muster bewegen welches eine intensivere Ionisierung und eine höhere Sputterrate erzeugt.
Im Fall von rotierenden Magnetron-Sputtertargets werden die Kathodenröhre und das Targetmaterial darauf über einer magnetischen Anordnung (die oft stationär ist), rotiert, welche die Sputterzone definiert. Aufgrund der Rotation werden kontinuierlich verschiedene Abschnitte von dem Target der Sputterzone ausgesetzt, was in einem relativ gleichförmigen Sputtern des Targetmaterials von der Röhre weg resultiert.
Materialien wie Zinnoxid, Zinkoxid und Siliziumnitrid haben einen Brechungsindex (n) um 2, während SiO₂ einen Brechungsindex (n) von ungefähr 1,5 und TiO₂ einen Brechungsindex von ungefähr 2,4 hat. Es existiert ein Bedarf an Materialien, die bei Low-E, transparenten leitfähigen und/oder AR-Beschichtungen verwendet werden können, die einen Brechungsindex (n) zwischen diesen Werten (z. B. von ungefähr 1,6 bis 1,9 oder 2,1 bis 2,3, zum Beispiel) haben. Materialien mit solchen Indexwerten wären darin vorteilhaft, dass sie zum weiteren Reduzieren der Reflexion bei beschichteten Gegenständen, die Low-E und/oder AR-Beschichtungen verwenden, und dieselben haben, verwendet werden könnten. Legierungen, Mischungen von reaktiven Gasen, oder Kombinationen von beidem Legierungen und Mischungen von reaktiven Gasen können verwendet werden um dünne Filme zu erzeugen, die die erwünschten Eigenschaften haben, die bei Verwendung eines Einzelelementar-Metall-Ansatzes, oder eines reinen Oxidansatzes nicht erreicht werden können.
Der Ansatz des Verwendens von Metalllegierungen als Metallsputtertargets ist durch die kleinen erreichbaren Bereiche von Mischkristallen begrenzt, die Anteilige große von verschieden Materialien begrenzt. Metallische Metalllegierungstargets stehen auch Problemen niedriger Abscheidungsrate bei reaktiven Sputtern gegenüber wenn Volloxid- und/oder Nitridfilme erwünscht sind.
Der Ansatz des Mischens von Gasen beim Sputtern von Metall oder Si Targets ist auch problematisch. Silizium und Aluminiumoxynitrid können angepasst werden um Indexwerte von 1,6 bis 1,9 zu erreichen. Unglücklicherweise ist allerdings die konventionelle Art dies zu tun ein Si oder Al-Target zu verwenden und die Glasflüsse von Stickstoff und Sauerstoff zu variieren um das erwünschte Sauerstoff zu Stickstoff Verhältnis in der resultierenden Schicht zu erhalten um ihren Brechungsindexwert einzustellen. Es ist schwierig in konsistenter Weise die Sauerstoff/Stickstoffstöchiometrie in der resultierenden Schicht in einer erwünschten Art einzustellen durch Einstellen von Sauerstoff und Stickstoff Gasflüssen bei Verwendung eines Si oder Al Targets. Sauerstoff und Stickstoffgase haben unterschiedliche Gewichte und es ist schwierig konsistente vorhersagbare Resultate durch Variieren von Sauerstoff und Stickstoffgasflüssen bei Verwendung eines Si Targets beim Sputtern von Siliziumoxynitrid zu erhalten. Deshalb können Schichten die in Einklang mit diesen Verfahren abgelagert werden schwierig zum Herstellen sein und/oder inkonsistente und/oder variierende Zusammensetzungen haben.
Angesichts des Vorstehenden wird es anerkannt werden, dass es im Stand der Technik einen Bedarf für eine verbesserte Technik zum konsistenten Bilden von durch Sputtern abgelagerten Schichten gibt, die einen Brechungsindex (n) im Bereich von ungefähr 1,6 bis 1,9 haben. Insbesondere existiert ein Bedarf für eine Technik, die es erlaubt, Schichten in einer Weise zu bilden, die es ermöglicht, einen erwünschten Brechungsindex in diesem Bereich konsistent zu erreichen. Weiterhin gibt es einen Bedarf für die resultierende Schicht.
Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von dieser Erfindung betreffen eine Schicht von oder beinhaltend Ti_1-xSi_xO_y und/oder ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstandes, beinhaltend solch eine Schicht. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Schicht durch ein rotierbares Magnetron-Sputtertarget abgelagert werden, durch ein stationäres planares Target oder durch Ähnliches. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Ti_1-xSi_xO_y unterstöchiometrisch bezüglich des Sauerstoffs sein. Allerdings kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen die auf Ti_1-xSi_xO_y basierende Schicht voll oxidiert sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung kann die Schicht aus Ti_1-xSi_xO_y sein oder dieses beinhalten, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 (mehr bevorzugt von ungefähr 0,1 bis 0,9, und sogar mehr bevorzugt von ungefähr 0,2 bis 0,8, und möglicherweise von ungefähr 0,5 bis 0,8) ist, und y von ungefähr 0,2 bis 2 (mehr bevorzugt von ungefähr 1 bis 2, und sogar mehr bevorzugt von ungefähr 1,5 bis 2, und möglicherweise von ungefähr 1,9 bis 2) ist. Die Schicht kann in einer Atmosphäre aus oder beinhaltend eines oder mehrere von Ar, O₂, und/oder N₂ Gas(en) in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung durch Sputtern abgelagert werden. Andere Materialien können in dem Target in alternativen beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung bereitgestellt sein.
Das Ablagern von Titansiliziumoxid beinhaltenden Schichten von einem Target beinhaltend zumindest Silizium und Titan kann es erlauben, dass Schichten mit einstellbaren Brechungsindizes (n) konsistent durch Sputterablagerung erreicht werden können. Durch Einstellen der Menge von Ti und Si in dem Target (z. B. des Ti/Si-Verhältnisses in dem Target selbst), können Schichten von oder beinhaltend TiSiO_x durch Sputterablagerung gebildet werden und können konsistent erwünschte Indexwerte (n) (z. B. wobei n von ungefähr 1,5 bis 2,0 oder 1,6 bis 1,9 ist) erreicht werden. Zum Beispiel ist je mehr Si im Target, der Brechungsindex(n)-Wert von der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht umso niedriger. Ebenso ist je mehr Ti im Target (und dementsprechend je weniger Si), der Brechungsindex(n)-Wert von der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht umso höher. Dementsprechend wird eine verbesserte Technik bereitgestellt, um in konsistenter Weise durch Sputtern abgelagerte Dünnfilmschichten zu bilden, die einen Brechungsindex (n) im Bereich von ungefähr 1,6 bis 1,9 haben. Insbesondere wird eine Technik bereitgestellt, die es erlaubt, Schichten durch Sputtern auf eine Weise abzulagern, die es erlaubt, einen erwünschten Brechungsindex(n)-Wert in diesem Bereich konsistent zu erreichen. Während Gasflüsse zum Verändern oder Anpassen des Index-(n)Werts von der resultierenden Schicht eingestellt werden können, kann der Index(n)-Wert der resultierenden Schicht durch Einstellen des Ti/Si-Verhältnisses im Target selbst eingestellt werden.
Die Kombination von Ti und Si im Target ist insofern vorteilhaft, dass Si und Ti eine geeignete Legierung bilden. Wenn ein keramisches Target beinhaltend Ti und Si verwendet wird, können in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen die Mengen von Ti und Si variiert werden, um es zu erlauben, dass der erwünschte Index(n)-Wert in der resultierenden Schicht erreicht wird. Weiterhin ist das keramische Wesen des Sputtertargets darin vorteilhaft, dass es es erlaubt, höhere Sputterraten zu erreichen. Der Sauerstoff im Target ist in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung stöchiometrisch (oder nahezu stöchiometrisch). Weiterhin hat das Siliziumoxid im Target in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen eine größere Sputterrate als das Titanoxid im Target. Darum wird in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen das Verhältnis von Si zu Ti im Film höher sein als das Verhältnis von Si zu Ti im Target selbst. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Titansiliziumoxid beinhaltende Schicht durch die Verwendung eines metallischen Targets gebildet werden, gesputtert in Anwesenheit von Sauerstoff und/oder anderen Gasen.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands bereitgestellt, wobei das Verfahren die Sputterablagerung einer Mittelindexschicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y auf einem Glassubstrat aufweist, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 und y von ungefähr 0,2 bis 1,95 ist, wobei die Mittelindexschicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y durch Sputtern abgelagert ist durch ein Target aufweisend Si und Ti, wobei das Verhältnis von Si zu Ti von ungefähr 3:1 bis 2:1 ist, Bilden einer Hochindexschicht über und in Kontakt mit der Mittelindexschicht; Bilden einer Niedrigindexschicht über und in Kontakt mit der Hochindexschicht; und wobei die Mittelindexschicht einen Berechnungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9, und eine Dicke von ungefähr 30 bis 70 nm hat, wobei die Hochindexschicht einen Brechungsindex von ungefähr 2,0 bis 2,4, und eine Dicke von ungefähr 75 bis 125 nm hat, wobei die Niedrigindexschicht einen Brechungsindex von ungefähr 1,4 bis 1,6, und eine Dicke von ungefähr 65 bis 115 nm hat, und wobei die Mittelindexschicht, die Hochindexschicht und die Niedrigindexschicht eine Antireflexionsbeschichtung bilden.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Targets, aufweisend Si und Ti, wobei das Target mehr Si als Ti (atomar) aufweist; Sputterablagern einer Schicht, aufweisend Ti_1-xSi_xO_y auf ein Substrat durch Fließenlassen von Argon und/oder Sauerstoffgas in eine Kammer, in welcher sich das Target befindet, um es so zu bewirken, dass die Schicht aufweisend Siliziumoxid und Titanoxid auf dem Substrat gebildet wird, wobei x größer als ungefähr 0,5 und y weniger oder gleich 2 ist; Bilden einer Schicht, bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid über und in Kontakt mit der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y; Bilden einer Schicht, bestehend im Wesentlichen aus Siliziumoxid über und in Kontakt mit der Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid; wobei die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid einen Brechungsindex hat, der höher ist als der von der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y, und wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y einen Brechungsindex höher als die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Siliziumoxid hat, und wobei die drei Schichten eine Antireflexionsbeschichtung auf dem Glassubstrat bilden.
In immer noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung wird ein beschichteter Gegenstand bereitgestellt, wobei der beschichtete Gegenstand eine Antireflexionsbeschichtung aufweist, wobei die Antireflexionsbeschichtung aufweist: eine erste Schicht, die einen mittleren Brechungsindex hat und Ti_1-xSi_xO_y aufweist, wobei x größer als oder gleich 0,5 ist, und eine Dicke von ungefähr 30 bis 70 nm hat; eine zweite Schicht, die einen vergleichsweise höheren Brechungsindex hat und ein Oxid von Titan aufweist, und eine Dicke von ungefähr 80 bis 110 nm hat; eine dritte Schicht, die einen Brechungsindex hat, der niedriger ist als beide der ersten und zweiten Schichten, und ein Oxid von Silizium aufweist, und eine Dicke von ungefähr 70 bis 100 nm hat; und wobei die Mittelindexschicht durch Sputterablagerung von einem keramischen Target gebildet wird, aufweisend ein Targetmaterial, aufweisend Titan, Silizium und Sauerstoff, und die einen Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9 hat.
In immer noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer transparenten leitfähigen Beschichtung auf einem Glassubstrat, wobei die transparente leitfähige Beschichtung gebildet wird durch: Sputterablagern einer Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y auf einem Glassubstrat, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 ist und y von ungefähr 1 bis 2 ist, wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y durch Sputtern abgelagert wird durch ein Target aufweisend Si und Ti; und Bilden einer transparenten leitfähigen Oxidschicht über und in Kontakt mit der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y, wobei die TCO-Schicht eine Dicke von ungefähr 200 bis 400 nm hat; und wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y eine Dicke von ungefähr 50 bis 90 nm hat, und einen Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9 hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Diese und andere Merkmale und Vorteile können besser und vollständiger mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften illustrativen Ausführungsformen in Zusammenhang mit den Figuren verstanden werden, von welchen:
1 ist eine Querschnittsansicht von einem Sputtertarget gemäß einer beispielhaften Ausführungsform von dieser Erfindung, welches verwendet wird, um eine Schicht auf ein Substrat durch Sputtern abzulagern.
2 ist ein Graph, der optische Eigenschaften (n und k) von Ti_1-xSi_xO₂-Dünnfilmschichten gemäß beispielhafter Ausführungsformen von dieser Erfindung illustriert (im Vergleich zu TiO₂- und SiO₂-Dünnfilmschichten).
3 ist ein Graph, der Brechungsindex(n)-Werte bei 550 nm von Dünnfilm Ti_1-xSi_xO₂-Schichten als eine Funktion von verschiedenen x-Werten illustriert, welcher zeigt, dass der Indexwert (n) von der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht durch Einstellen des Ti/Si-Verhältnisses im Target eingestellt oder angepasst werden kann (d. h. durch Einstellen von x im Target).
4 ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften (n und k) von Dünnfilmschichten aus Ti_1-xSi_xO_2-yN_y (wobei x = 0,75) gemäß beispielhafter Ausführungsformen von dieser Erfindung illustriert; als Funktion vom Einstellen der Sauerstoff- und Stickstoffgasflüsse, die während des Sputterns der Schicht verwendet werden (bei den verschiedenen N₂/O₂-Verhältnissen von 0, 3 und 7); illustrierend, dass die Erhöhung von Stickstoffgas im Sputterprozess in einem erhöhten Brechungsindex(n)-Wert und erhöhter Absorption resultiert, aufgrund der Erhöhung von Siliziumnitrid und Titannitrid in der resultierenden Dünnfilmschicht.
5 ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften (n und k) von Dünnfilmschichten aus Ti_1-xSi_xO_2-yN_y (unter Verwendung eines N₂/O₂-Gasflussverhältnisses von 0,48 während des Sputterns) mit variierenden x-Werten darstellt; die Figur zeigt, dass eine Verringerung von x in einer Erhöhung der Brechungsindex(n)-Werte und Absorption resultiert, aufgrund einer Erhöhung von Titanoxid und Titannitrid in der Dünnfilmschicht.
6 ist ein Graph, der die Reflexions-% von beschichteten Gegenständen als Funktion der Wellenlänge darstellt, beinhaltend eine dreilagige AR-Beschichtung auf beiden Seiten von einem 5 mm dicken Floatglassubstrat (Kalknatronglas, soda lime silica glass) (verglichen mit den Reflexions-% von einem unbeschichteten 5 mm dicken gleichartigen Glassubstrat), gemäß einer beispielhaften Ausführungsform von dieser Erfindung.
7 ist eine allgemeine Querschnittsansicht von einem beschichteten Gegenstand, aufweisend eine Antireflexionsbeschichtung gemäß bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung.
8 ist eine andere Querschnittsansicht von einem beschichteten Gegenstand, aufweisend eine spezifischere Antireflexionsbeschichtung gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung.
9 ist ein Graph von Reflexion gegen Wellenlänge für einen beschichteten Gegenstand gemäß bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung, im Vergleich zu der Reflexion eines blanken, unbeschichteten Glassubstrats.
10 ist eine Querschnittsansicht eines beschichteten Gegenstands, aufweisend eine transparente, leitfähige Beschichtung gemäß bestimmter Ausführungsformen von dieser Erfindung.
11 ist ein Graph von Transmission gegen Wellenlänge für einen beschichteten Gegenstand, aufweisend eine Schicht hergestellt gemäß bestimmter Aspekte von dieser Erfindung, wobei die Schicht unter einer transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordnet ist, im Vergleich zu einer transparenten, leitfähigen Beschichtung, beinhaltend nur die transparente, leitfähige Oxidschicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN VON DER ERFINDUNG
Das Verhalten von optischen Beschichtungen wie zum Beispiel von Low-E- und/oder Antireflexions-(AR)Beschichtungen, im Besonderen mehrschichtige Beschichtungen für Breitbandanwendungen, beruht auf präzise kontrollierten Schichtdicken und optischen Eigenschaften (z. B. n und/oder k) in jeder individuellen Schicht in der Beschichtung oder den Beschichtungen. Materialien, die einzigartige Eigenschaften, wie Brechungsindex (n) und Extinktionskoeffizient (k), Spannung und Haftung an angrenzenden Schichten haben, werden zum Optimieren des Verhaltens der Beschichtung bezüglich Reflexion, Farbe, Strapazierfähigkeit und/oder Ähnlichem ausgewählt. Das Target kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ein rotierendes Magnetron-Sputtertarget sein, obwohl in alternativen Ausführungsformen andere Arten von Targets auch möglich sind. Zum Beispiel kann ein nicht rotierendes Target stattdessen verwendet werden und kann anwendbar für diese Erfindung sein. Zum Beispiel kann ein Trommelbeschichter (drum coater) so eingerichtet werden, dass weder das Target noch die Trommel, die das Substrat hält, rotiert, sondern stattdessen die Magnete in der Targetröhre rotieren.
Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von dieser Erfindung betreffen die Herstellung von optischen Beschichtungen unter Verwendung von einem oder mehreren Sputtertargets aus oder beinhaltend Ti_1-xSi_xO_y. Solche Targets können in verschiedenen Ausführungsformen von dieser Erfindung entweder als planare oder rotierende Magnetron-Targets hergestellt werden. Die Verwendung von Ti_1-xSi_xO_y als Targetmaterial erlaubt es, Sputtertargets herzustellen, welche zum Sputterablagern von Dünnfilmschichten mit konsistenten und vorhersagbaren optischen Eigenschaften (z. B. n und/oder k) verwendet werden können, dabei einen großen möglichen Bereich von Brechungsindizes (n) abdeckend, und exzellente Wiederholbarkeit ermöglichend, da das Ti/Si-Verhältnis im Target vordefiniert und ziemlich wiederholbar ist.
Die Verwendung von solchen Sputtertargets ist darin vorteilhaft, dass ein großer Index (n) Bereich von ungefähr 2,35 (x = 0,05) bis 1,6 (x = 0,9) in einer Dünnfilmschicht oder Dünnfilmschichten basierend auf dielektrischen Oxiden erreicht werden kann, ohne signifikante Absorptionsverluste im sichtbaren Wellenlängenbereich zu erleiden. Weiterhin ist es ein anderer beispielhafter Vorteil, dass konsistente optische Eigenschaften (z. B. n und/oder k eines resultierenden dünnen Films) im Wesentlichen durch Einstellen von x auf einen gewünschten Wert während der Targetherstellung vorbestimmt werden können. Immer noch ein anderer beispielhafter Vorteil ist es, dass aufgrund der teilweise oxidierten Phase (y weniger als 2,0) im Target eine hohe Sputterablagerungsrate erreicht werden kann. Allerdings kann das Target in anderen beispielhaften Ausführungsformen voll oxidiert sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann Aluminium dem Target hinzugegeben werden, um die Leitfähigkeit des Targets zu erhöhen, wenn das Target vollständig oder nahezu vollständig oxidiertes Siliziumtitanoxid aufweist. Weiterhin ist es immer noch ein anderer beispielhafter Vorteil, dass eine verbesserte Haftung an eine optionale angrenzende Metallschicht oder Metallschichten (z. B. eine Ag-Schicht oder eine NiCr-Schicht), eine Metalloxidschicht, eine Metallnitridschicht oder eine Metalloxynitridschicht erreicht werden kann aufgrund der Bildung von einem Silizid (Ti und Si) an der Schichtschnittstelle oder den Schichtschnittstellen.
Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von dieser Erfindung betreffen ein Sputtertarget aus oder beinhaltend Ti_1-xSi_xO_y und/oder ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands unter Verwendung von solch einem Sputtertarget. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Target ein rotierbares Magnetron-Sputtertarget, ein stationäres planares Target oder dergleichen sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Ti_1-xSi_xO_y unterstöchiometrisch bezüglich Sauerstoff sein. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann es voll stöchiometrisch sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung kann das Target aus Ti_1-xSi_xO_y sein, oder dieses beinhalten, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 (mehr bevorzugt von ungefähr 0,1 bis 0,9, und immer noch mehr bevorzugt von ungefähr 0,2 bis 0,8, und möglicherweise von ungefähr 0,5 bis 0,8) ist, und y von ungefähr 0,2 bis 2 (mehr bevorzugt von ungefähr 1 bis 2, und immer noch mehr bevorzugt von ungefähr 1,5 bis 2, und möglicherweise von ungefähr 1,9 bis 2) ist. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist y größer als ungefähr 1,95 oder 1,90. In anderen beispielhaften Ausführungsformen ist das Target mit Aluminium dotiert, um eine erwünschte Leitfähigkeit zu erreichen, um DC, gepulste DC, oder Mittelfrequenz-(z. B. < 200 kHz)AC Magnetron-Sputtern zu ermöglichen. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist y zumindest 0,2, um eine erwünschte Ablagerungsrate des Films während des Sputterns zu erhalten, ohne einen signifikanten Absorptionsverlust im sichtbaren Bereich während des reaktiven Sputterns.
Das Sputtertarget kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung in einer Atmosphäre aus oder beinhaltend eines oder mehrere von Ar-, Kr-, He-, O₂- und/oder N₂-Gas(en) gesputtert werden. Andere Materialien können in alternativen beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung in dem Target bereitgestellt sein.
Solch ein Target kann verwendet werden, um es zu erlauben, dass Schichten mit einstellbaren Brechungsindizes (n) in konsistenter Weise durch Sputterablagerung erreicht werden können. Durch Einstellen der Ti- und Si-Mengen im Target (z. B. das Ti/Si-Verhältnis im Target selbst), können Schichten aus oder beinhaltend TiSiO_x (z. B. wobei x von ungefähr 1,5 bis 2,0 ist) durch Sputterablagerung gebildet werden, und können konsistent erwünschte Indexwerte (n) erreichen.
Beispielsweise, je mehr Si im Target, umso kleiner ist der Brechungsindex(n)-Wert von der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht. Genauso, je mehr Ti im Target (und somit je weniger Si), umso höher ist der Brechungsindex(n)-Wert von der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht. Somit wird eine verbesserte Technik bereitgestellt, um in konsistenter Weise durch Sputtern abgelagerte Schichten zu bilden, die einen Brechungsindex (n) haben im Bereich von ungefähr 1,6 bis 2,35. Insbesondere wird eine Technik bereitgestellt, die es erlaubt, Schichten in einer Weise durch Sputtern abzulagern, die es erlaubt, einen erwünschten Brechungsindex(n)-Wert in diesem Bereich in konsistenter Weise zu erreichen. Während Gasflüsse eingestellt werden können, um den Brechungsindex(n)-Wert von der resultierenden Schicht zu ändern oder anzupassen, ist es eine andere Möglichkeit, um den Index(n)-Wert von der resultierenden Schicht einzustellen, das Ti/Si-Verhältnis im Target selbst einzustellen.
Die Kombination von Ti und Si im Target ist darin vorteilhaft, dass Si und Ti eine geeignete Legierung bilden. Da ein keramisches Target verwendet wird, das Ti und Si beinhaltet, können die Mengen von Ti und Si variiert werden, um es zu erlauben, dass der erwünschte Index(n)-Wert in der resultierenden Schicht erreicht wird. Außerdem ist das keramische Wesen des Sputtertargets vorteilhaft darin, dass es es erlaubt, dass höhere Sputterraten erreicht werden. Der Sauerstoff im Target ist unterstöchiometrisch in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung.
Anstelle von Si kann Al verwendet werden, um das Si in bestimmten beispielhaften alternativen Ausführungsformen von dieser Erfindung im Target und der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht zu ersetzen. Als eine andere Alternative kann Al dem Ti_1-xSi_xO_y Target als zusätzliches Material in bestimmten beispielhaften alternativen Ausführungsformen von dieser Erfindung hinzugegeben werden. Das Hinzugeben von Al zu dem Target kann es dem Target erlauben, vollständiger oxidiert zu sein, was in einer besseren oder schnelleren Sputterrate resultieren kann, ohne die Leitfähigkeit des Targets zu kompromittieren. Andere Materialien wie Zr, V, Hf, Nb, Ce, Sb, Bi, Zn, Sn und Mg können anstelle von Al in jeder dieser Hinsichten in immer noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung verwendet werden. Wie man einsehen wird, kann weiterhin Stickstoffgas im Sputterprozess verwendet werden, um die Absorption sowohl im UV- als auch im sichtbaren Bereich zu erhöhen, falls erwünscht. Die Zugabe von einem oder mehreren von diesen Elementen kann verwendet werden, um die Strapazierfähigkeit, UV-Absorption, und/oder Haftung an einer angrenzenden Schicht oder angrenzenden Schichten in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung zu verbessern. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist es möglich, ein zusätzliches Element oder zusätzliche Elemente hinzuzugeben, um es zu erreichten erwünschte Eigenschaften wie Haftung, Spannung und/oder UV-Absorption zu erreichen, ohne die erwünschten optischen Indexwerte signifikant ungünstig zu beeinflussen zum Beispiel durch Einstellen des Ti/Si-Verhältnisses. Beispielsweise kann das Hinzugeben von Sb nicht nur die UV-Absorption erhöhen, sondern auch den Index. Der Index kann durch Hinzugabe von zusätzlichem Si zurück zu einem erwünschten Wert geführt werden, falls erwünscht.
1 ist eine Querschnittsansicht von einem Sputtertarget gemäß einer beispielhaften Ausführungsform von dieser Erfindung, verwendet beim Sputterablagern eine Dünnfilmschicht auf ein Substrat gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung. Das rotierbare Magnetron-Sputtertarget wie in 1 gezeigt beinhaltet eine Kathodenröhre, innerhalb welcher eine stationäre Magnetstabanordnung ist. Die Kathodenröhre wird oft aus rostfreiem Stahl oder irgendeinem anderen leitfähigen Material hergestellt. Das Targetmaterial (Ti_1-xSi_xO_y in der 1 Ausführungsform) wird durch Sprayen, Gießen oder Pressen auf die äußere Oberfläche von der rostfreien Stahlkathodenröhre auf der Röhre gebildet (nach Belieben kann eine Trägerschicht zwischen der Kathodenröhre und der Targetmaterialschicht bereitgestellt werden, welche leitfähig sein kann). Jede Sputterkammer in einer Sputtervorrichtung beinhaltet eines oder mehrere Targets, und somit eine oder mehrere von diesen Kathodenröhren. Verschiedene Targets werden verwendet, um verschiedene Schichten von einer mehrlagigen Low-E- oder AR-Beschichtung durch Sputtern abzulagern. Bei zylindrischen rotierbaren Magnetron-Sputtertargets kann die Kathodenröhre oder können die Kathodenröhren bei einem negativen Potential (z. B. –200 bis –1500 V) gehalten werden, und können während des Rotierens gesputtert werden. Wenn ein Target beispielsweise am Rotieren ist, werden aufgrund des negativ vorgespannten Potentials auf dem Target Ionen von der Sputtergas-(z. B. Argon, Sauerstoff und/oder Stickstoff)Entladung in das Target beschleunigt und verdrängen oder sputtern Atome des Targetmaterials weg. Diese Atome wiederum bilden zusammen mit dem Gas die geeignete Zusammensetzung (z. B. TiSiO_x), welche auf das Substrat gerichtet wird, um einen dünnen Film oder Schicht derselben (z. B. TiSiO_x-Dünnfilm wie in 1 gezeigt, wobei x ungefähr 2 in bestimmten beispielhaften Fällen sein kann, oder ein wenig weniger als 2 in anderen beispielhaften Fällen) auf dem Substrat zu bilden. Das Substrat kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung ein Glassubstrat sein, wie in 1 gezeigt.
Durch Sputtern abgelagerte dünne Filme von TiSiO_x können in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung jede geeigneten Dicke haben. Allerdings können die TiSiO_x-Dünnfilme in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung durch Sputtern bei einer Dicke von ungefähr 10 Angström bis 2,5 μm, mehr bevorzugt von ungefähr 10 bis 900 Angström (Å), mehr bevorzugt von ungefähr 50 bis 800 Angström und am meisten bevorzugt von ungefähr 100 bis 600 Angström auf dem Substrat abgelagert werden. Beschichtete Gegenstände gemäß dieser Erfindung können für jeden geeigneten Zweck verwendet werden, allerdings sind Fenster, Kaminglas, Möbeltischplatten und Ähnliches insbesondere bevorzugt. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung können Fenster, die Beschichtungen gemäß bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung haben, eine Transmission im Sichtbaren von zumindest ungefähr 50%, mehr bevorzugt von zumindest ungefähr 60% haben. Weiterhin sind gemäß bestimmter beispielhafter Ausführungsformen von dieser Erfindung die durch Sputtern abgelagerten TiSiO_x-Dünnfilme im Wesentlichen transparent.
2 ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften (n und k) von Ti_1-xSi_xO₂-Dünnfilmschichten gemäß beispielhafter Ausführungsformen von dieser Erfindung (im Vergleich zu TiO₂- und SiO₂-Dünnfilmschichten) darstellt. 2 zeigt, dass Ti_1-xSi_xO₂ beinhaltende Dünnfilmschichten hergestellt auf einem Substrat (direkt oder indirekt auf dem Substrat in verschiedenen Fällen) Brechungsindex(n)-Werte zwischen denen von TiO₂- und SiO₂-Dünnfilmschichten haben, aufgrund der Anwesenheit sowohl von Titanoxid und Siliziumoxid in den Ti_1-xSi_xO₂ beinhaltenden Dünnfilmschichten. 3 ist ein Graph, der zeigt, dass der Brechungsindex(n)-Wert von Dünnfilm Ti_1-xSi_xO₂-Schichten als Funktion von verschiedenen x-Werten (d. h. Verändern des Ti/Si-Verhältnisses im Target und somit in der durch Sputtern abgelagerten Schicht) variiert werden kann. Insbesondere zeigt 3, dass in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung der Brechungsindex(n)-Wert von ungefähr 1,6 bis 2,35 variiert werden kann, und von ungefähr 1,6 bis ungefähr 1,9 in bestimmten bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen variiert werden kann, wenn x im Target verändert wird.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung kann das Gas, das in der Sputterkammer, in welcher sich das Ti_1-xSi_xO_y-Target befindet, eine Mischung von Argon(Ar)- und Sauerstoff(O₂)-Gasen sein. Dieses resultiert in einer durch Sputtern abgelagerten Dünnfilmschicht von Ti_1-xSi_xO₂ (wenn genügend Sauerstoffgas verwendet wird) auf dem Glassubstrat. Allerdings ist es möglich, ein anderes Gas oder andere Gase genauso zu verwenden. Beispielsweise kann eine Mischung von Argon(Ar)-, Sauerstoff(O₂)- und Stickstoff(N₂)-Gasen in der Sputterkammer in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen von dieser Erfindung verwendet werden. Verschiedene Mengen von Sauerstoff- und Stickstoffgasen können in anderen beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden. Es ist auch möglich, eine Mischung von Ar- und N-Gas in der Sputterkammer oder den Sputterkammern beim Sputtern des Ti_1-xSi_xO_y-Targets zu verwenden. Es ist auch möglich, nur Argon oder nur Stickstoffgas in der Sputterkammer oder den Sputterkammern beim Sputtern des Ti_1-xSi_xO_y-Targets zu verwenden. Andere Gase, welche verwendet werden können, beinhalten zum Beispiel He und/oder Kr. 4 ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften (n und k) von Dünnfilmschichten von Ti_1-xSi_xO_2-yN_y (wobei x = 0,75 ist) gemäß beispielhafter Ausführungsformen von dieser Erfindung als Funktion des Einstellens der Sauerstoff- und der Stickstoffgasflüsse in der Sputterkammer darstellt, beim Sputtern des Ti_1-xSi_xO_y-Targets zum Bilden einer Schicht aus TiSiON. In 4 sind n und k von der resultierenden durch Sputtern abgelagerten Schicht für verschiedene N₂/O₂-Gasflussverhältnisse von 0, 3 und 7 dargestellt, veranschaulichend, dass eine Erhöhung von Stickstoffgas (und somit eine Verringerung von Sauerstoffgas in der Sputterkammer) beim Sputterprozess in einem erhöhten Brechungsindex(n)-Wert und Absorption resultiert aufgrund einer Erhöhung von Siliziumnitrid und Titannitrid in der resultierenden Dünnfilmschicht. Demgemäß, da die Menge von Stickstoffgas abnimmt (und sich somit die Menge von Sauerstoffgas in der Sputterkammer erhöht), verringert sich der Brechungsindex (n) und der Absorptionskoeffizient (k) von der Schicht aufgrund von mehr Titanoxid und Siliziumoxid in der resultierenden Schicht.
5 ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften (n und k) von Dünnfilmschichten aus Ti_1-xSi_xO_2-yN_y (unter Verwendung eines N₂/O₂-Gasflussverhältnisses von 0,48 in der Sputterkammer, in welcher das Ti_1-xSi_xO_y-Target angeordnet ist, illustriert mit variierenden x-Werten. 5 illustriert, dass Verringern von x (d. h. Reduzieren der Menge von Si im Vergleich zu Ti im Target und somit in der durch Sputtern abgelagerten Schicht) in einer Erhöhung in Brechungsindex(n)-Werten und Absorption von der resultierenden Schicht resultiert, aufgrund einer Erhöhung in Titanoxid und Titannitrid in der durch Sputtern abgelagerten Dünnfilmschicht auf dem Substrat. Es wird angemerkt, dass anstelle von oder zusätzlich zu, dem Zufügen von Stickstoffgas zu der Sputterkammer während des Sputterns von dem Ti_1-xSi_xO_y-Target, ein anderes metallisches Element oder andere metallische Elemente dem Target hinzugefügt werden können, um die Dünnfilmeigenschaften zu modifizieren. Die Verwendung von metallischen Elementen in dem Target tendiert dazu, in Dünnfilmeigenschaften zu resultieren, die vorhersagbarer und reproduzierbarer sind.
6 ist ein Graph, der die Reflexions-% als Funktion von Wellenlänge des beschichteten Gegenstands, beinhaltend eine dreilagige AR-Beschichtung auf beiden Seiten von einem 5 mm dicken Floatglassubstrat (Kalknatronglas, soda lime silica glass) illustriert; im Vergleich mit Reflexions-% von einem unbeschichteten 5 mm dicken, gleichartigen Glassubstrat. Jede von den zwei AR-Beschichtungen auf dem Glassubstrat war zusammengesetzt aus, von dem Glassubstrat nach außen, einer 653 Angström dicken Basisschicht von Ti_0,28Si_0,72O₂, dann eine 959 Angström dicke Schicht von Ti_0,80Si_0,20O₂ und dann obenauf am weitesten von dem Glassubstrat entfernt eine 885 Angström dicke Schicht aus SiO₂. Somit war der Brechungsindex von der Siliziumoxidschicht obenauf der niedrigste, und der von der mittleren Schicht der höchste. Die Brechungsindizes von den Schichten waren jeweils 1,79, 2,25, und 1,46 für x = 0,72, 0,20 und 1,00. Weiterhin verbesserte diese AR-Beschichtung die Haftung innerhalb der verschiedenen Schichten der Beschichtung und hatte ein breites Prozessfenster.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen können die hier beschriebenen Targets und/oder andere Targets verwendet werden, um eine Mittelindexschicht, aufweisend Ti_1-xSi_xO_y zu bilden. Die Mittelindexschicht kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen Teil von einer dreilagigen AR-Beschichtung sein, wie in 7 gezeigt. Die Ti_1-xSi_xO_y-basierte Mittelindexschicht 5 kann oder kann nicht gemäß anderen Ausführungsformen durch Sputtern von einem Ti_1-xSi_xO_y-basierten Target hergestellt sein.
Eine dreilagige AR-Beschichtung, beinhaltend eine Mittelindexschicht 5 basierend auf Ti_1-xSi_xO_y kann verwendet werden, um eine einzelne Oxynitrid basierte Schicht und/oder eine Doppelschicht aufweisend TiO_x/SiO_x in manchen Fällen zu ersetzen. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen, wenn eine AR-Beschichtung aus einer einzelnen Oxynitrid basierten Schicht besteht, kann es sein, dass das Verhältnis von reaktiven Gasen O₂ zu N₂ streng kontrolliert werden muss. Weiterhin, in anderen Ausführungsformen, wenn eine AR-Beschichtung aus einem Doppelschicht TiO_x/SiO_x-Film besteht, kann es sein, dass die Dicke von jeder Schicht präzise während der Ablagerung kontrolliert werden muss. Eine dreilagige AR-Beschichtung beinhaltend eine Mittelindexschicht 5 basierend auf Ti_1-xSi_xO_y kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen darin vorteilhaft sein, dass die Umgebung, in welcher sie gebildet wird, nicht streng kontrolliert werden muss, und auch darin, dass präzise Dickenkontrolle von jeder Schicht nicht in dem gleichen Ausmaß erforderlich ist.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis von Si zu Ti in Schicht 5 sich auf den Brechungsindex von der Schicht auswirken. Allerdings kann das Siliziumoxid in dem Ti_1-xSi_xO_y-basierten Target in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen eine höhere Sputterausbeute haben als Titanoxid und/oder Ti. Darum kann mehr Si als Ti in der Schicht sein, selbst wenn das Target ungefähr gleiche Mengen von Si und Ti (atomar) im Target hatte. Mit anderen Worten, kann in bestimmten Fällen das Verhältnis von Si zu Ti (atomar) in der endgültigen Schicht größer sein als das Verhältnis von Si zu Ti im Target.
7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform von einer Antireflexionsbeschichtung auf einem Glassubstrat, aufweisend Mittelindexschicht 5, Hochindexschicht 7 und Niedrigindexschicht 9. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen weist Schicht 5 Ti_1-xSi_xO_y auf, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 ist und y von ungefähr 0,2 bis 2 ist, mehr bevorzugt wobei x von ungefähr 0,1 bis 0,9 ist und y von ungefähr 1 bis 2 ist, und am meisten bevorzugt wobei x von ungefähr 0,2 bis 0,8 ist, und y von ungefähr 1,5 bis 2 ist. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann x zumindest ungefähr 0,5 sein, oder größer als ungefähr 0,5. In Ausführungsformen, bei welchen x größer als oder gleich 0,5 ist, kann die Schicht durch ein Target gesputtert werden, das mehr Si als Ti (z. B. atomar) aufweist. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann x größer als oder gleich 0,5 sein, selbst wenn das Target nicht mehr Si als Ti (z. B. atomar) aufweist.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen, insbesondere wenn das Target Al beinhaltet, kann die Ti_1-xSi_xO_y-basierte Schicht 5 weiterhin Al und/oder eine Legierung davon beinhalten. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Si vollständig durch Al und/oder eine Legierung davon ersetzt sein.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen können Zn, Sn, In, Legierungen davon (insbesondere Ti-basierte Legierungen), und/oder Oxide davon verwendet werden, um Ti in der Ti_1-xSi_xO_y-basierten Schicht 5 zu ersetzen. Solche eine Ersetzung kann den Brechungsindex von der Schicht in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen erhöhen.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer AR-Beschichtung, aufweisend Schicht 5 als Mittelindexschicht ist in 8 gezeigt. Ein Glassubstrat ist bereitgestellt. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat ein Kalknatronglas (soda lime glass) sein. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat von einer anderen Art von Glas und/oder einer anderen Art von Material sein. Die Schicht 5 kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen durch Sputtern von einem wie hier beschriebenen Target abgelagert sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann der Brechungsindex von Schicht 5 durch das Verhältnis von Si zu Ti im Sputtertarget kontrolliert werden. Das Sputtertarget kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen keramisch und/oder metallisch sein.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann der Brechungsindex von Schicht 5 von ungefähr 1,5 bis 2,0, mehr bevorzugt von ungefähr 1,6 bis 1,9, und am meisten bevorzugt von ungefähr 1,65 bis 1,85 sein. Um einen Brechungsindex in einem von den zuvor genannten Bereichen zu erreichen, kann das Targetmaterial mehr Si als Ti (atomar und/oder bezogen auf das Gewicht) aufweisen. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis von Si zu Ti im Target von ungefähr 10:1 bis 3:2 (1,5- bis 10-mal so viel Si wie Ti) sein, mehr bevorzugt von ungefähr 9:2 bis 3:2 (1,5- bis 4,5-mal so viel Si wie Ti), und am meisten bevorzugt von ungefähr 3:1 bis 2:1 (2- bis 3-mal so viel Si wie Ti); wobei ein Beispielsverhältnis von Si zu Ti im Target ungefähr 7:3 (2,33-mal so viel Si wie Ti) ist. Diese beispielhaften Verhältnisse sind beispielhafte atomare Prozentverhältnisse. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen, kann während des Ablagerns von Schicht 5 O₂ als reaktives Gas verwendet werden. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist O₂ das alleinig verwendete reaktive Gas. Das kann in bestimmten beispielhaften Fällen darin vorteilhaft sein, dass es dann eine verminderte Sorge bezüglich der Indexgleichmäßigkeit von der Schicht über einen großen Bereich und/oder Konsistenz während einer langen Produktionsperiode gibt. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis von Si zu Ti in der Schicht anders sein als das Verhältnis von Si zu Ti im Target. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis von Si zu Ti in der Schicht größer sein als das Verhältnis von Si zu Ti im Target (z. B. atomar und/oder bezogen auf das Gewicht).
Die Schicht 5 kann eine Dicke von ungefähr 20 bis 80 nm, mehr bevorzugt von ungefähr 30 bis 70 nm, und am meisten bevorzugt von ungefähr 40 bis 60 nm haben, wobei eine exemplarische ideale Dicke ungefähr 50 nm ist. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann Schicht 5 eine kleinere Dicke haben als jede der Schichten 7 und 9.
Die Schicht 7 kann eine Hochindexschicht in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen sein. In bestimmten Beispielen kann die Schicht 7 aus einem Metalloxid sein oder dieses beinhalten, wie zum Beispiel Titanoxid. Schicht 7 kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch sein. Schicht 7 kann einen Brechungsindex von ungefähr 2,0 bis 2,6, mehr bevorzugt von ungefähr 2,1 bis 2,4 haben. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann Schicht 7 eine Dicke von ungefähr 50 bis 150 nm, mehr bevorzugt von ungefähr 75 bis 125 nm, und am meisten bevorzugt von ungefähr 80 bis 110 nm haben, wobei eine beispielhafte ideale Dicke ungefähr 95 nm ist.
Schicht 9 kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen eine Schicht von vergleichsweise niedrigem Index sein. Der Brechungsindex von Schicht 9 kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kleiner als der von jeder der Schichten 5 und 7 sein. In bestimmten Beispielen kann Schicht 9 aus einem Metalloxid, einem Metallnitrid oder einem Metalloxynitrid, sein oder dieses beinhalten. Zum Beispiel kann Schicht 9 in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen aus Siliziumoxid sein oder dieses beinhalten. Schicht 9 kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch sein. Schicht 9 kann einen Brechungsindex von ungefähr 1,3 bis 1,6, mehr bevorzugt von ungefähr 1,4 bis 1,6 haben. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann Schicht 9 eine Dicke von ungefähr 40 bis 140 nm, mehr bevorzugt von ungefähr 65 bis 115 nm, und am meisten bevorzugt von ungefähr 70 bis 100 nm haben, wobei ein beispielhafte ideale Dicke ungefähr 85 nm ist.
9 ist ein Graph von Reflexion gegen Wellenlänge an der Oberfläche von einem blanken Kalknatronglassubstrat (soda lime glass) und der Reflexion von einem Glassubstrat mit der dreilagigen AR-Beschichtung, wie oben beschrieben, auf seiner ersten Oberfläche. 9 zeigt, dass die Reflexion signifikant reduziert ist (verglichen mit einem unbeschichteten Glassubstrat) durch die Verwendung von einer dreilagigen AR-Beschichtung, aufweisend eine Mittelindexschicht basierend auf Ti_1-xSi_xO_y. In bestimmten beispielhaften Fällen ist die Reflexion von ungefähr 8% im sichtbaren Spektrum auf ungefähr 4 im sichtbaren Spektrum reduziert. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist die Reflexion reduziert auf weniger als 8%, mehr bevorzugt auf weniger als 6%, immer noch mehr bevorzugt auf weniger als 5% und manchmal sogar auf ungefähr 4% oder sogar weniger, z. B. im sichtbaren Spektrum.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Mittelindexschicht 5 als AR-Beschichtung für Wellenlängen vom Sichtbaren zu nahem, Kurzwellen- und/oder Mittelwellen-IR (z. B. bis ungefähr 5000 nm) geeignet sein. Vorteilhafterweise können bestimmte beispielhafte Ausführungsformen in einer dreilagigen AR-Beschichtung mit reduzierter Absorption, z. B. bei Wellenlängen, die vom Sichtbaren bis hin zu und beinhaltend das mittlere IR und jeden Unterbereich darin, resultieren.
In einem anderen Beispiel von einer AR-Beschichtung beinhaltend die Mittelindexschicht 5, war Schicht 5 aus Ti_1-xSi_xO_y und hatte einen Brechungsindex von 1,75 und eine Dicke von ungefähr 107 nm, Schicht 7 war aus TiO_x und hatte eine Dicke von ungefähr 16 nm, und Schicht 9 war aus SiO_x und hatte eine Dicke von ungefähr 113 nm.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform von einer AR-Beschichtung beinhaltend die Mittelindexschicht 5, war Schicht 5 aus Ti_1-xSi_xO_y und hatte einen Brechungsindex von 1,75 und eine Dicke von ungefähr 74 nm, Schicht 7 war aus TiO_x und hatte eine Dicke von ungefähr 104 nm, und Schicht 9 war aus SiO_x und hatte eine Dicke von ungefähr 92 nm. Deshalb, obwohl bevorzugte Dickenbereiche oben diskutiert wurden, gibt es viele geeignete Dicken, die in einer erwünschten dreilagigen AR-Beschichtung resultieren.
10 zeigt eine andere beispielhafte Anwendung von einer Schicht basierend auf Ti_1-xSi_xO_y. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann Schicht 5 unter einer transparenten, leitfähigen Oxidschicht abgelagert sein, um ein Teil aus einer transparenten, leitfähigen Beschichtung zu sein. 10 zeigt ein Glassubstrat, Ti_1-xSi_xO_y-basierte Schicht 5, mit TCO-Schicht 11 gebildet über Schicht 5.
Eine beispielhafte TCO/TCC-Beschichtung kann in der US-Veröffentlichung Nr. 2010/0040892 gefunden werden, welche hiermit durch in Bezugnahme aufgenommen wird.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen, wenn mit einer TCO-Schicht in einer transparenten, leitfähigen Beschichtung verwendet, kann Schicht 5 eine Dicke von 40 bis 100 nm, mehr bevorzugt von ungefähr 50 bis 90 nm, und am meisten bevorzugt von ungefähr 60 bis 80 nm haben. Die TCO-Schicht 11 kann eine Dicke von ungefähr 100 bis 500 nm, mehr bevorzugt von ungefähr 200 bis 400 nm, und am meisten bevorzugt von ungefähr 250 bis 350 nm in bestimmten Ausführungsformen haben.
Der Brechungsindex von Schicht 5 kann, wenn mit einer TCO-Schicht in einer TCC verwendet, von ungefähr 1,55 bis 1,9, mehr bevorzugt von ungefähr 1,6 bis 1,75, und am meisten bevorzugt von ungefähr 1,65 bis 1,7 sein, wobei ein beispielhafter Brechungsindex 1,68 in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ist. Schicht 5 kann stöchimetrisch bezüglich Sauerstoff in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen sein, um einen reduzierten Effekt auf die Leitfähigkeit der Gesamtbeschichtung zu haben.
11 ist ein Graph von Transmission gegen Wellenlänge für eine transparente, leitfähige Beschichtung mit und ohne eine Schicht basierend auf Titansiliziumoxid, angeordnet zwischen einer TCO-Schicht und dem Glassubstrat. Es kann aus 11 gesehen werden, dass die Transmission sich erhöht, wenn Schicht 5 in der TCC beinhaltet ist, im 400 bis 500 nm Wellenlängenbereich, und wieder in dem Wellenlängenbereich von ungefähr 600 bis 800 nm. Deshalb kann ein TCC beinhaltend eine Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y, hergestellt gemäß den hierin beschriebenen Verfahren, vorteilhaft in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen sein, wenn erhöhte Transmission in diesen Bereichen erwünscht ist. Wie von dem 11 Graph gesehen werden kann, ist die Transmission ungefähr dieselbe mit und ohne der SiTiO_x-Schicht, die einen Brechungsindex von 1,68 hat, zum Beispiel, zumindest im sichtbaren Spektrum.
Während die Erfindung in Zusammenhang mit dem beschrieben wurde, was zur Zeit als die am praktischsten und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, sollte es klar sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu gedacht ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Rahmens und des Geistes der angehängten Ansprüche sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5427665 [0004]
US 5725746 [0004]
US 6743343 [0004]
US 2004/0163943 [0004]
US 2010/0040892 [0062]

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands, wobei das Verfahren aufweist: Sputterablagern einer ersten Mittelindexschicht, die Ti_1-xSi_xO_y aufweist, auf einem Glassubstrat, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 ist und y von ungefähr 0,2 bis 2 ist, wobei die Mittelindexschicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y durch ein Target aufweisend Si und Ti durch Sputtern abgelagert ist, wobei das Verhältnis von Si zu Ti in dem Target von ungefähr 3:1 bis 2:1 ist, Bilden einer Hochindexschicht über und in Kontakt mit der Mittelindexschicht; und Bilden einer Niedrigindexschicht über und in Kontakt mit der Hochindexschicht, wobei die Mittelindexschicht einen Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9 und eine Dicke von ungefähr 30 bis 70 nm hat, wobei die Hochindexschicht einen Brechungsindex von ungefähr 2,0 bis 2,4 und eine Dicke von ungefähr 75 bis 125 nm hat, und wobei die Niedrigindexschicht einen Brechungsindex von ungefähr 1,4 bis 1,6 und eine Dicke von ungefähr 65 bis 115 nm hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei x von ungefähr 0,1 bis 0,9 ist und y von ungefähr 1 bis 2 ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei x von ungefähr 0,2 bis 0,8 ist und y von ungefähr 1,5 bis 2 ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Hochindexschicht ein Oxid von Titan aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Niedrigindexschicht ein Oxid von Silizium aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Mittelindexschicht eine Dicke von ungefähr 40 bis 60 nm, die Hochindexschicht eine Dicke von ungefähr 80 bis 110 nm und die Niedrigindexschicht eine Dicke von ungefähr 70 bis 110 nm hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Targetmaterial weiterhin Al aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Mittelindexschicht weiter Al aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Targetmaterial weiterhin eines oder mehrere von Zr, V, Hf, Nb, Ce, Sb, Bi, Zn, Sn und Mg aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Si zu Ti ungefähr 7:3 ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Brechungsindex von der Mittelindexschicht von ungefähr 1,75 bis 1,8 ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands tragend eine Antireflektionsbeschichtung, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Targets aufweisend Si und Ti, wobei das Target mehr Si als Ti (atomar) aufweist; Sputterablagern einer Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y auf einem Substrat durch Fließenlassen von Argon und/oder Sauerstoffgas in eine Kammer in welcher das Target angeordnet ist, um zu bewirken, dass die Schicht aufweisend Siliziumoxid und Titanoxid auf dem Substrat gebildet wird, wobei x größer ist als ungefähr 0,5 und y kleiner oder gleich ungefähr 2 ist; Bilden einer Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid über und in Kontakt mit der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y; Bilden einer Schicht bestehend im Wesentlichen aus Siliziumoxid über und in Kontakt mit der Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid; wobei die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid einen Brechungsindex hat, der höher ist als der der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y, und die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y einen Brechungsindex hat, der höher ist als die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Siliziumoxid, und wobei die drei Schichten eine Antireflektionsbeschichtung auf dem Glassubstrat bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y direkt auf und in Kontakt mit dem Substrat gebildet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei zumindest eine zusätzliche Schicht zwischen dem Substrat und der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y bereitgestellt ist, gebildet unter Verwendung des Targets.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei x von ungefähr 0,5 bis 0,9 ist und y von ungefähr 0,2 bis 2 ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei x von ungefähr 0,5 bis 0,8 ist und y von ungefähr 1,5 bis 2 ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y ein Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9 hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y eine Dicke von ungefähr 40 bis 60 nm hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid eine Dicke hat von ungefähr 80 bis 110 nm.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Titanoxid eine Dicke hat, die größer ist als die Schicht bestehend im Wesentlichen aus Siliziumoxid.
Ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Gegenstands, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer transparenten leitfähigen Beschichtung auf einem Glassubstrat, wobei die transparente leitfähige Beschichtung gebildet ist durch: Sputterablagern einer Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y auf einem Glassubstrat, wobei x von ungefähr 0,05 bis 0,95 ist und y von ungefähr 0,2 bis 2 ist, wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y durch ein Target aufweisend Si und Ti durch Sputtern abgelagert ist; und Bilden einer transparenten leitfähigen Oxidschicht über und in Kontakt mit der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y, wobei die TCO-Schicht eine Dicke von ungefähr 200 bis 400 nm hat; wobei die Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y eine Dicke von ungefähr 50 bis 90 nm hat und einen Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9.
Das Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Verhältnis von Si zu Ti in der Schicht aufweisend Ti_1-xSi_xO_y größer ist als das Verhältnis von Si zu Ti in dem Target.
Ein beschichteter Gegenstand aufweisend eine Antireflektionsbeschichtung, wobei die Antireflektionsbeschichtung aufweist: eine erste Schicht, die einen Mittelbrechungsindex hat und Ti_1-xSi_xO_y aufweist, wobei x größer oder gleich 0,5 ist und eine Dicke von ungefähr 30 bis 70 nm hat; eine zweite Schicht, die einen vergleichsweise höheren Brechungsindex hat und ein Oxid von Titan aufweist, und eine Dicke von ungefähr 80 bis 110 nm hat; eine dritte Schicht, die einen Brechungsindex hat, kleiner als jede der ersten und zweiten Schichten, und ein Oxid von Silizium aufweist, und eine Dicke von ungefähr 70 bis 100 nm hat; und wobei die Mittelindexschicht gebildet ist durch Sputterablagerung von einem keramischen Target aufweisend ein Targetmaterial aufweisend Titan, Silizium und Sauerstoff, und einen Brechungsindex von ungefähr 1,6 bis 1,9 hat.