JP2011195924A - In−Ga−Zn系複合酸化物焼結体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本In−Ga−Zn系複合酸化物焼結体は、ZnGa2O4結晶で形成される第1相と、In2O3結晶で形成される第2相とを含み、焼結体の任意の断面における全ての相に対する第1相および第2相の合計の相面積比率が70%以上100%以下である。また、本In−Ga−Zn系複合酸化物焼結体の製造方法は、ZnO粉末とGa2O3粉末とを混合して第1混合物を調製する第1混合工程と、第1混合物を800℃以上1300℃以下で仮焼してZnGa2O4を含む粉末を形成する仮焼工程と、ZnGa2O4を含む粉末とIn2O3粉末とを混合して第2混合物を調製する第2混合工程と、第2混合物を焼結する焼結工程と、を含む。
【選択図】なし
Description
本発明のある実施形態であるIGZO(In−Ga−Zn系複合酸化物)焼結体は、ZnGa2O4結晶で形成される第1相と、In2O3結晶で形成される第2相とを含み、焼結体の任意の断面における全ての相に対する第1相および第2相の合計の相面積比率が70%以上100%以下である。本実施形態の焼結体は、かかる構造を有するため、比抵抗が低く、かつ、光の透過率が高くなる。焼結体の任意の断面における全ての相に対する第1相および第2相の合計の相面積比率が70%未満であると、ZnGa2O4結晶で形成される第1相およびIn2O3結晶で形成される第2相に比べて比抵抗が高いZnO結晶などで形成される他の相の相面積比率が大きくなる。かかる観点から、第1相および第2相の合計の相面積比率は75%以上100%以下が好ましい。ここで、他の相としては、ZnO結晶で形成される相、InGaZnO4結晶で形成される相などが挙げられる。
本発明の他の実施形態であるIGZO(In−Ga−Zn系複合酸化物)焼結体の製造方法は、ZnO粉末とGa2O3粉末とを混合して第1混合物を調製する第1混合工程と、第1混合物を800℃以上1300℃以下で仮焼してZnGa2O4を含む粉末を形成する仮焼工程と、ZnGa2O4を含む粉末とIn2O3粉末とを混合して第2混合物を調製する第2混合工程と、第2混合物を焼結する焼結工程と、を含む。
本実施形態のIGZO焼結体の製造方法は、ZnO粉末とGa2O3粉末とを混合して第1混合物を調製する第1混合工程を含む。混合方法および混合時間は特に制限はないが、均質で高純度な混合物を得る観点から、混合方法は、ボールミルによる混合、ビーズミルによる混合、湿式ジェットミルによる混合などが好ましく、混合時間は12時間以上30時間以下が好ましい。また、ZnO粉末とGa2O3粉末との混合比は、特に制限はないが、次工程の仮焼工程においてZnGa2O3を高効率で生成させる観点から、ZnO粉末とGa2O3粉末との混合モル比が、1:1またはその近傍であることが好ましく、たとえば、1:0.75〜1.25が好ましく、1:0.80〜1.20がより好ましい。
本実施形態のIGZO焼結体の製造方法は、第1混合物を800℃以上1300℃以下で仮焼してZnGa2O4を含む粉末を形成する仮焼工程を含む。800℃より低い温度で仮焼されたZnGa2O4を含む粉末は、仮焼によりZnOとGa2O3とが反応して生成したZnGa2O4の含有量が少なく、Ga2O3と反応しないで多く残存するZnOが、後の焼結工程の際にIn2O3と反応するため、焼結体が不均質になるとともに、焼結の際の体積収縮による気孔の形成が多くなり、焼結体の相対密度が低下する。1300℃より高い温度で仮焼されたZnGa2O4を含む粉末は、強い凝結が生じているため粉砕が困難であるとともに、不活性になっているため焼結が困難となる。
本実施形態のIGZO焼結体の製造方法は、ZnGa2O4を含む粉末とIn2O3粉末とを混合して第2混合物を調製する第2混合工程を含む。混合方法および混合時間は特に制限は無いが、均質で高純度な混合物を得る観点から、混合方法は、ボールミルによる混合、ビーズミルによる混合、湿式ジェットミルによる混合などが好ましく、混合時間は12時間以上30時間以下が好ましい。かかる混合により、第2混合物のZnGa2O4を含む粉末およびIn2O3粉末を粉砕して、第2混合物の平均粒径および/または比表面積を好適な範囲とすることができる。第2混合工程の混合時間が12時間より短いと、第2混合物の平均粒度を十分に小さくできないため緻密な焼結体を得ることが困難になるとともに、ZnGa2O4を含む粉末の粉砕が不十分であるためスパッタリングにより形成される薄膜の主表面が不均一となり電気特性が低下する。第2混合工程の混合時間が30時間より長いと、第2混合物が凝結により嵩高く不均質になるとともに、混合による混合装置から第2混合物への不純物の混入によりスパッタリングにより形成される薄膜の電気特性および光の透過特性が低下する。
本実施形態のIGZO焼結体の製造方法は、第2混合物を焼結する焼結工程を含む。かかる焼結工程により、比抵抗が低く、かつ、光の透過率が高い薄膜を形成することができるIGZO焼結体が得られる。
1.原料
原料として、平均粒径が0.82μmで比表面積が4.6m2/gのZnO粉末、平均粒径が0.77μmで比表面積が18.9m2/gのGa2O3粉末、および平均粒径が3.45μmで比表面積が13.4m2/gのIn2O3粉末を準備した。
上記のZnO粉末1molとGa2O3粉末1molとを、ボールミルを用いて12時間湿式混合した(第1湿式混合)。ボールとしては、直径5mmのZrO2ボールを用いた。第1湿式混合により得られた混合スラリーを自然乾燥させて第1混合物を得た。
得られた第1混合物を、大気炉を用いて、750℃(試料I−1)、800℃(試料I−2)、950℃(試料I−3)、1300℃(試料I−4)、または1350℃(試料I−5)で仮焼した。X線回折による回折パターンの解析から、750℃または800℃で仮焼した粉末中にはZnO結晶、Ga2O3結晶およびZnGa2O4結晶の存在が確認され、950℃、1300℃または1350℃で仮焼した粉末中にはZnGa2O4結晶のみの存在が確認された。
上記の仮焼後の粉末とIn2O3粉末1molとを、ボールミルを用いて12時間湿式混合した(第2湿式混合)。ボールとしては、直径5mmのZrO2ボールを用いた。第2湿式混合により得られた混合スラリーを自然乾燥後さらに300℃で真空乾燥させて第2混合物を得た。
上記得られた第2混合物を、油圧プレス機にて200kgf/cm2(19.6MPa)の圧力で成形した後さらにCIPにて2000kgf/cm2(196MPa)の圧力で成形した。得られた成形体を、大気炉にて1300℃で焼結した。得られた焼結体の相対密度をアルキメデス法により測定した。ここで、焼結体の相対密度とは、その焼結体の真密度に対する見かけの密度の百分率をいう。750℃で仮焼した粉末から得られた焼結体の相対密度は94.3%、800℃で仮焼した粉末から得られた焼結体の相対密度は97.8%、950℃で仮焼した粉末から得られた焼結体の相対密度は98.7%、1300℃で仮焼した粉末から得られた焼結体の相対密度は98.9%、1350℃で仮焼した粉末から得られた焼結体の相対密度は95.2%であった。結果を表1にまとめた。
薄膜の作製は、上記で得られた焼結体をターゲットとして用い、DCマグネトロンスパッタ法にて行った。
1.原料
原料として、実施例Iと同様のZnO粉末、Ga2O3粉末およびIn2O3粉末を用いた。
上記のZnO粉末1molとGa2O3粉末1molとを、実施例Iと同様にして第1混合物を得た。
得られた第1混合物を、大気炉を用いて、950℃で仮焼した。
上記の仮焼後の粉末とIn2O3粉末1molとを、ボールミルを用いて、6時間(試料II−1)、12時間(試料II−2)、24時間(試料II−3)、または36時間(試料II−4)湿式混合した(第2湿式混合)。ボールとしては、直径5mmのZrO2ボールを用いた。第2湿式混合により得られた混合スラリーを自然乾燥後さらに300℃で真空乾燥させて第2混合物を得た。
得られた第2混合物を、実施例Iと同様にして焼結した。得られた焼結体の相対密度は、実施例Iと同様にアルキメデス法により測定したところ、6時間混合物から得られた焼結体が94.0%、12時間混合物から得られた焼結体の相対密度は98.1%、24時間混合物から得られた焼結体の相対密度は99.5%、36時間混合物から得られた焼結体の相対密度は96.9%であった。結果を表2にまとめた。
薄膜の作製は、実施例Iと同様にして行った。得られた薄膜は、実施例Iと同様にして同定したところ、IGZO薄膜であった。
1.原料
原料として、実施例Iと同様のZnO粉末、Ga2O3粉末およびIn2O3粉末を用いた。
ZnO粉末1molとGa2O3粉末1molとIn2O3粉末1molとを、ボールミルを用いて12時間湿式混合した(試料RI−1)。または、ZnO粉末1molとGa2O3粉末1molとIn2O3粉末1molと正四価の金属元素を含む金属酸化物2.0×10-4molとをボールミルを用いて12時間湿式混合した(試料RI−2〜RI−5)。ここで、正四価の金属元素を含む金属酸化物として、SnO2(Sn4+;試料RI−2)、ZrO2(Zr4+;試料RI−3)、GeO2(Ge4+;試料RI−4)、またはCeO2(Ce4+;試料RI−5)を用いた。ボールとしては、直径5mmのZrO2ボールを用いた。湿式混合により得られた混合スラリーを自然乾燥させた後300℃で真空乾燥して混合物を得た。
得られた混合物を、大気炉を用いて、950℃で仮焼した。X線回折により回折パターンの解析から、仮焼後の粉末中にはZnGa2O4結晶およびIn2O3結晶の存在が確認された。
上記の仮焼後の粉末を、ボールミルを用いて12時間湿式で粉砕混合した。ボールとしては、直径5mmのZrO2ボールを用いた。湿式粉砕混合により得られた混合スラリーを自然乾燥後さらに300℃で真空乾燥させて再混合物を得た。
再混合物を、実施例Iと同様にして焼結した。得られた焼結体の相対密度は、実施例Iと同様にアルキメデス法により測定したところ、正四価の金属元素を含む金属酸化物が添加されなかった再混合物から得られた焼結体が96.8%、SnO2が添加された再混合物から得られた焼結体の相対密度は98.4%、ZrO2が添加された再混合物から得られた焼結体の相対密度は97.1%、GeO2が添加された再混合物から得られた焼結体の相対密度は98.6%、CeO2が添加された再混合物から得られた焼結体の相対密度は99.0%であった。結果を表3にまとめた。
薄膜の作製は、実施例Iと同様にして行った。得られた薄膜は、実施例Iと同様にして同定したところ、IGZO薄膜であった。
Claims (8)
- ZnGa2O4結晶で形成される第1相と、In2O3結晶で形成される第2相とを含み、焼結体の任意の断面における全ての相に対する前記第1相および前記第2相の合計の相面積比率が70%以上100%以下であるIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体。
- 前記第1相の平均粒径が2μm以上6μm以下であり、前記第2相の平均粒径が1μm以上2μm以下である請求項1に記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体。
- 前記焼結体に含まれるIn、GaおよびZnの全量を100原子%とするとき、前記Inの比率が35原子%以上50原子%以下、前記Gaの比率が35原子%以上50原子%以下、および前記Znの比率が15原子%以上30原子%である請求項1または請求項2に記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体。
- スパッタリングのターゲットに用いられる請求項1から請求項3のいずれかに記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体。
- 請求項1に記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体の製造方法であって、
ZnO粉末とGa2O3粉末とを混合して第1混合物を調製する第1混合工程と、
前記第1混合物を800℃以上1300℃以下で仮焼してZnGa2O4を含む粉末を形成する仮焼工程と、
前記ZnGa2O4を含む粉末とIn2O3粉末とを混合して第2混合物を調製する第2混合工程と、
前記第2混合物を焼結する焼結工程と、を含むIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体の製造方法。 - 前記第2混合工程における混合時間は12時間以上30時間以下である請求項5に記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体の製造方法。
- 前記第2混合物は、平均粒径が1μm以上1.5μm以下である請求項5または請求項6に記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体の製造方法。
- 前記第2混合物は、比表面積が11m2/g以上15m2/g以下である請求項5から請求項7のいずれかに記載のIn−Ga−Zn系複合酸化物焼結体の製造方法。
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