JP2012106878A - Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film - Google Patents

Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film Download PDF

Info

Publication number
JP2012106878A
JP2012106878A JP2010256048A JP2010256048A JP2012106878A JP 2012106878 A JP2012106878 A JP 2012106878A JP 2010256048 A JP2010256048 A JP 2010256048A JP 2010256048 A JP2010256048 A JP 2010256048A JP 2012106878 A JP2012106878 A JP 2012106878A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transparent conductive
zinc oxide
conductive film
oxide
zinc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010256048A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Nakada
邦彦 中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2010256048A priority Critical patent/JP2012106878A/en
Publication of JP2012106878A publication Critical patent/JP2012106878A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a titanium (low valence)-doped zinc oxide-based transparent conductive film-forming material enabling film formation of the transparent conductive film having excellent conductivity and being suppressed in abnormal discharge at film formation.SOLUTION: The method for manufacturing the zinc oxide-based transparent conductive film-forming material uses a raw material powder containing a mixed powder of a low-valence titanium oxide powder and a zinc oxide powder or a zinc hydroxide powder, or a zinc titanate compound powder, and having a proportion of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms of >2% and ≤10%, and includes discharge plasma sintering in vacuum or in an inert atmosphere at ≥700°C and ≤1,200°C.

Description

本発明は、スパッタリング法、イオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法(PLD法)またはエレクトロンビーム蒸着法(EB蒸着法)により酸化亜鉛系透明導電膜を形成する際に用いられるターゲット等として有用な酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法、および該透明導電膜形成材料を用いたターゲット、およびそのターゲットから製膜した透明導電性基板に関する。   The present invention is an oxidation useful as a target used when a zinc oxide-based transparent conductive film is formed by sputtering, ion plating, pulse laser deposition (PLD), or electron beam evaporation (EB evaporation). The present invention relates to a method for producing a zinc oxide-based transparent conductive film forming material that is a sintered product, a target using the transparent conductive film forming material, and a transparent conductive substrate formed from the target.

導電性と光透過性とを兼ね備えた透明導電膜は、これまでから、太陽電池、液晶表示素子、その他各種受光素子における電極などとして利用されているほか、自動車窓や建築用の熱線反射膜、帯電防止膜、冷凍ショーケース等における防曇用透明発熱体など、幅広い用途に利用されている。特に、低抵抗で導電性に優れた透明導電膜は、太陽電池や、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、無機エレクトロルミネッセンスなどの液晶表示素子や、タッチパネルなどに好適であることが知られている。   Transparent conductive films that combine electrical conductivity and light transmission have been used as electrodes in solar cells, liquid crystal display elements, and other various light receiving elements, as well as automotive window and heat ray reflective films for buildings, It is used for a wide range of applications such as anti-static films and transparent heating elements for anti-fogging in frozen showcases. In particular, it is known that a transparent conductive film having low resistance and excellent conductivity is suitable for a solar cell, a liquid crystal display element such as a liquid crystal, organic electroluminescence, and inorganic electroluminescence, a touch panel, and the like.

従来、透明導電膜としては、例えば、酸化スズ(SnO)系の薄膜、酸化亜鉛(ZnO)系の薄膜、そして酸化インジウム(In)系の薄膜が知られている。
具体的には、酸化スズ系の透明導電膜としては、アンチモンをドーパントとしたアンチモンドープ酸化スズ(ATO)膜や、フッ素をドーパントとしたフッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜が知られている。
酸化亜鉛系の透明導電膜としては、アルミニウムをドーパントとしたアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)膜や、ガリウムをドーパントとしたガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)膜が知られている。
酸化インジウム系の透明導電膜としては、スズをドーパントとしたスズドープ酸化インジウム(ITO;Indium Tin Oxide)膜が知られている。中でも、最も工業的に利用されているのは酸化インジウム系の透明導電膜であり、とりわけITO膜は、低抵抗で導電性に優れることから、幅広く実用化されている。
Conventionally, as the transparent conductive film, for example, a tin oxide (SnO 2 ) -based thin film, a zinc oxide (ZnO) -based thin film, and an indium oxide (In 2 O 3 ) -based thin film are known.
Specifically, antimony-doped tin oxide (ATO) films using antimony as dopants and fluorine-doped tin oxide (FTO) films using fluorine as dopants are known as tin oxide-based transparent conductive films.
As a zinc oxide-based transparent conductive film, an aluminum-doped zinc oxide (AZO) film using aluminum as a dopant and a gallium-doped zinc oxide (GZO) film using gallium as a dopant are known.
As an indium oxide-based transparent conductive film, a tin-doped indium oxide (ITO) film using tin as a dopant is known. Among them, the most industrially used is an indium oxide-based transparent conductive film, and in particular, an ITO film is widely used because of its low resistance and excellent conductivity.

このような透明導電膜を形成する際には、従来から、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PLD法、EB蒸着法などが工業的に汎用されている。これらの成膜方法において膜原料として用いられるターゲットは、成膜しようとする膜を構成する金属元素を含む固体からなり、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などの焼結体や、場合によっては単結晶で形成される。工業的に用いるターゲットとしては、酸化物ターゲット(すなわち酸化物焼結体)が汎用されてきた。   Conventionally, when forming such a transparent conductive film, sputtering, ion plating, PLD, EB vapor deposition and the like are widely used industrially. The target used as a film raw material in these film forming methods is made of a solid containing a metal element constituting the film to be formed, and is a sintered body such as metal, metal oxide, metal nitride, metal carbide, In some cases, it is formed of a single crystal. As targets used industrially, oxide targets (that is, oxide sintered bodies) have been widely used.

ところで、ITO膜の如き酸化インジウム系の透明導電膜は、その必須原料であるIn(インジウム)が、希少金属であるため高価で且つ資源枯渇のおそれがあり、しかも毒性を有し環境や人体に対して悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、近年、ITO膜に代替し得る工業的に汎用可能な透明導電膜が要望されている。そのような中、スパッタリング法による工業的製造も可能である酸化亜鉛系透明導電膜が注目されており、その導電性能を高めるべく研究が進められている。   By the way, an indium oxide-based transparent conductive film such as an ITO film is expensive and may be depleted of resources because In (indium), which is an essential raw material, is a rare metal, and has toxicity and is harmful to the environment and the human body. It may have an adverse effect on it. Therefore, in recent years, an industrially versatile transparent conductive film that can be substituted for an ITO film has been demanded. Under such circumstances, a zinc oxide-based transparent conductive film that can be industrially manufactured by a sputtering method has attracted attention, and research is being conducted to improve its conductive performance.

非特許文献1には、導電性を高めるべくZnOに種々のドーパントをドープさせる試みがなされており、種々のドーパントごとに最適ドープ量と最低抵抗率が報告されている。この報告の中には、Al、Gaをドープさせた酸化亜鉛系透明導電膜は、ITO膜と遜色がない低抵抗を示すことが知られている。しかし、AlドープしたAZO膜、GaをドープしたGZO膜は、低抵抗であるが、化学的耐久性に劣り、近赤外領域の透過性に劣る。
また、この報告によれば、例えば、化学的耐久性に優れるTiOをドープさせた酸化亜鉛系透明導電膜は、ドープ量は2重量%が最適であり、その時の最低抵抗率は5.6×10−4Ω・cmであることが示されているが、安定に低抵抗な物性を得ることができておらず、抵抗がAZO膜,GZO膜に劣る。
また、低原子価TiO(II)、Ti(III)を原料として利用した酸化亜鉛系透明導電膜は、TiO(IV)をドープさせた酸化亜鉛系透明導電膜よりも、さらに低抵抗化することができることを本発明者は既に見出している。
Non-Patent Document 1 attempts to dope ZnO with various dopants in order to increase conductivity, and reports the optimum doping amount and the lowest resistivity for each of the various dopants. In this report, it is known that a zinc oxide-based transparent conductive film doped with Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 exhibits a low resistance comparable to that of an ITO film. However, an Al 2 O 3 doped AZO film and a Ga 2 O 3 doped GZO film have low resistance, but are inferior in chemical durability and inferior in the near-infrared region.
Further, according to this report, for example, in the zinc oxide transparent conductive film doped with TiO 2 having excellent chemical durability, the doping amount is optimally 2% by weight, and the minimum resistivity at that time is 5.6. Although it is shown that it is × 10 −4 Ω · cm, the physical properties with low resistance cannot be obtained stably, and the resistance is inferior to that of the AZO film and the GZO film.
Moreover, the zinc oxide-based transparent conductive film using low-valent TiO (II) and Ti 2 O 3 (III) as raw materials is even lower than the zinc oxide-based transparent conductive film doped with TiO 2 (IV). The inventor has already found that resistance can be achieved.

月刊ディスプレイ、1999年9月号、p10〜「ZnO系透明導電膜の動向」Monthly Display, September 1999, p10 “Trends in ZnO-based transparent conductive films”

しかしながら、Ti(III)またはTiO(II)をドーパントとして酸化物焼結体を作製する際に、酸化物焼結体の結晶構造はチタンが一部固溶した酸化亜鉛と共に、酸化チタンと酸化亜鉛との固相反応によりZnTiO(複合酸化物)が生成する。ZnTiOは絶縁層であるため、焼結体の中で絶縁層となり、チタンが固溶した酸化亜鉛は導電層となる。
本発明者は、スパッタリングによって、基板上に成膜した透明導電膜の低抵抗化を図るうえで、酸化物焼結体中においてもできるだけチタンが酸化亜鉛に固溶し、複合酸化物相の生成を抑制することがスパッタ成膜した際の低抵抗化に有利であることを見出した。
また、焼結体の大多数である酸化亜鉛の導電層の中に、絶縁層があると、スパッタ時に異常放電が多発する原因となる。異常放電が多発すると、安定に放電しないため、生産性が低下する要因となる。
すなわち、異常放電は、ターゲットが不均一で局所的に比抵抗の異なる部分が存在し、ターゲットを含む放電系のインピーダンスがスパッタリング中に変動することに起因して発生する。この局所的に比抵抗の異なる部分が複合酸化物相(ZnTiO)である。このような絶縁層の複合酸化物相は、均一なチタンが一部固溶した酸化亜鉛中に所々に分布している。従って、これらの複合酸化物相の生成割合を少しでも小さくすることが異常放電の抑制には効果的である。
However, when producing an oxide sintered body using Ti 2 O 3 (III) or TiO (II) as a dopant, the crystal structure of the oxide sintered body is titanium oxide together with zinc oxide in which titanium is partly dissolved. Zn 2 TiO 4 (composite oxide) is generated by a solid-phase reaction between zinc and zinc oxide. Since Zn 2 TiO 4 is an insulating layer, it becomes an insulating layer in the sintered body, and zinc oxide in which titanium is dissolved is a conductive layer.
In order to reduce the resistance of the transparent conductive film formed on the substrate by sputtering, the present inventor formed a composite oxide phase by dissolving titanium in zinc oxide as much as possible even in the oxide sintered body. It has been found that suppressing this is advantageous in reducing the resistance when sputtering film formation is performed.
In addition, if there is an insulating layer in the conductive layer of zinc oxide, which is the majority of sintered bodies, abnormal discharge frequently occurs during sputtering. If abnormal discharge occurs frequently, it does not discharge stably, which causes a decrease in productivity.
That is, the abnormal discharge occurs due to the fact that the target is non-uniform and there is a portion where the specific resistance is locally different, and the impedance of the discharge system including the target fluctuates during sputtering. The part where the specific resistance is locally different is a composite oxide phase (Zn 2 TiO 4 ). The complex oxide phase of such an insulating layer is distributed in some places in zinc oxide in which uniform titanium is partly dissolved. Therefore, it is effective for suppressing abnormal discharge to reduce the generation ratio of these composite oxide phases as much as possible.

従って、本発明の課題は、優れた導電性を有する透明導電膜の製造を可能にするチタン(低原子価)ドープ酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法、該透明導電膜形成材料を用いたターゲット、酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法、およびそれを用いた透明導電性基板を提供することにある。
本発明の他の課題は、成膜時に発生する異常放電を抑制した透明導電膜の製造を可能にするチタン(低原子価)ドープ酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法、該透明導電膜形成材料を用いたターゲット、酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法、およびそれを用いた透明導電性基板とを提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a titanium (low valence) -doped zinc oxide-based transparent conductive film that makes it possible to produce a transparent conductive film having excellent conductivity, and to use the transparent conductive film-forming material. The present invention provides a target, a method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, and a transparent conductive substrate using the same.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a titanium (low valence) -doped zinc oxide-based transparent conductive film forming material capable of producing a transparent conductive film that suppresses abnormal discharge that occurs during film formation, and the transparent conductive film. The object is to provide a target using a forming material, a method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, and a transparent conductive substrate using the same.

本発明者は、透明導電膜の低抵抗化を図るうえで、複合酸化物相の生成割合を少なくすることが重要であり、そのためには放電プラズマ焼結(以下、単にSPSという場合がある)を用いれば、複合酸化物相(ZnTiO)の生成を抑制できることを見出した。
これによって得られる酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を用いてスパッタ法により製造された透明導電膜は低抵抗を示し、温度や湿度に対して十分な耐候性をもち、さらに適度なエッチングレートを有し、化学的耐久性に優れ、近赤外領域の高透過性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
また、複合酸化物相の生成が少なくなるのでスパッタ成膜時の異常放電を抑制でき、生産性を大幅に改善することができる。
In order to reduce the resistance of the transparent conductive film, it is important for the present inventor to reduce the generation ratio of the composite oxide phase. For this purpose, discharge plasma sintering (hereinafter sometimes referred to simply as SPS) is important. It was found that the formation of a composite oxide phase (Zn 2 TiO 4 ) can be suppressed by using.
The transparent conductive film manufactured by sputtering using the zinc oxide-based transparent conductive film forming material obtained by this method has low resistance, has sufficient weather resistance against temperature and humidity, and has an appropriate etching rate. The present inventors have found that it has excellent chemical durability and high transmittance in the near-infrared region, and has completed the present invention.
Moreover, since the production | generation of complex oxide phase decreases, the abnormal discharge at the time of sputtering film-forming can be suppressed, and productivity can be improved significantly.

すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
(1)低原子価酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉との混合粉、またはチタン酸亜鉛化合物粉を含み、チタンの原子数の全金属原子数に対する割合が2%超10%以下である原料粉末を型に入れ、真空中または不活性雰囲気中にて700℃以上1200℃以下の焼結温度で放電プラズマ焼結を行うことを特徴とする、酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法。
(2)前記型が、黒鉛ダイスおよび黒鉛パンチからなる前記(1)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法。
(3)前記放電プラズマ焼結の際、前記焼結温度までの昇温速度が10℃/分〜200℃/分であり、かつ前記焼結温度での焼結時間が10秒〜10分である前記(1)または(2)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法
(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の方法で得られる酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。
(5)実質的に亜鉛、チタンおよび酸素からなる前記酸化物焼結体であって、前記チタンが原子数比でTi/(Zn+Ti)=0.02超0.1以下となるように含有されている前記(4)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。
(6)前記酸化物焼結体の相対密度が93%以上である前記(4)または(5)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。
(7)スパッタリング法による成膜に用いられるターゲットであって、前記(4)〜(6)のいずれかに記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を加工してなることを特徴とするターゲット。
(8)前記(7)に記載のターゲットを用いて、スパッタリング法により酸化亜鉛系透明導電膜を形成する、ことを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法。
(9)透明基材上に、前記(8)に記載の酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法により成膜された酸化亜鉛系透明導電膜を備える、ことを特徴とする透明導電性基板。
That is, this invention consists of the following structures.
(1) Including a mixed powder of low-valent titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, or zinc titanate compound powder, the ratio of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms is more than 2% and not more than 10% Zinc oxide, which is an oxide sintered body, characterized in that the raw material powder is placed in a mold and subjected to discharge plasma sintering at a sintering temperature of 700 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in a vacuum or in an inert atmosphere. Of manufacturing a transparent conductive film forming material.
(2) The method for producing a zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to (1), wherein the mold includes a graphite die and a graphite punch.
(3) During the spark plasma sintering, the rate of temperature rise to the sintering temperature is 10 ° C./min to 200 ° C./min, and the sintering time at the sintering temperature is 10 seconds to 10 minutes. A method for producing a zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to (1) or (2) above (4) An oxide sintered body obtained by the method according to any one of (1) to (3) A zinc oxide-based transparent conductive film forming material.
(5) The oxide sintered body substantially composed of zinc, titanium, and oxygen, wherein the titanium is contained in an atomic ratio such that Ti / (Zn + Ti) = 0.02 and 0.1 or less. The zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to (4).
(6) The zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to (4) or (5), wherein the oxide sintered body has a relative density of 93% or more.
(7) A target used for film formation by a sputtering method, wherein the target is obtained by processing the zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to any one of (4) to (6).
(8) A method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, wherein a zinc oxide-based transparent conductive film is formed by a sputtering method using the target according to (7).
(9) A transparent conductive substrate comprising a zinc oxide-based transparent conductive film formed by the method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film according to (8) above on a transparent substrate.

本発明によれば、低原子価酸化チタンをドープすることで、パターニングの際に適当なエッチングレートを有する酸化亜鉛系透明導電膜を成膜するためのターゲットを得ることができる。また、形成された酸化亜鉛系透明導電膜は、優れた導電性と化学的耐久性[耐熱性、耐湿性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐酸性)など]および近赤外領域の高透過性とを備える。しかも、このようにして形成された酸化亜鉛系透明導電膜は、希少金属であり毒性を有するインジウムを必須としないという利点も有するので、工業的に極めて有用である。また、スパッタリング時に、異常放電の発生を抑制することができるという効果がある。   According to the present invention, a target for forming a zinc oxide-based transparent conductive film having an appropriate etching rate during patterning can be obtained by doping with low-valent titanium oxide. In addition, the formed zinc oxide-based transparent conductive film has excellent conductivity and chemical durability [heat resistance, moisture resistance, chemical resistance (alkali resistance, acid resistance, etc.)] and high transmittance in the near infrared region. With. In addition, the zinc oxide-based transparent conductive film thus formed has the advantage that it does not require toxic indium which is a rare metal and is extremely useful industrially. Further, there is an effect that occurrence of abnormal discharge can be suppressed during sputtering.

(a)は、実施例1で得られた酸化物焼結体のX線回折の測定結果であり、(b)は、比較例1で得られた酸化物焼結体のX線回折の測定結果である。(A) is an X-ray diffraction measurement result of the oxide sintered body obtained in Example 1, and (b) is an X-ray diffraction measurement of the oxide sintered body obtained in Comparative Example 1. It is a result. 実施例1で得られた酸化物焼結体の表面を拡大したFE−SEM(走査電子顕微鏡、以下同じ)写真(倍率;2万倍)である。It is a FE-SEM (scanning electron microscope, the same applies hereinafter) photograph (magnification: 20,000 times) in which the surface of the oxide sintered body obtained in Example 1 is enlarged. 比較例1で得られた酸化物焼結体の表面を拡大したFE−SEM写真(倍率;2万倍)である。4 is an FE-SEM photograph (magnification: 20,000 times) in which the surface of the oxide sintered body obtained in Comparative Example 1 is enlarged.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

(酸化物焼結体の製造方法)
本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料である酸化物焼結体の製造方法は、低原子価酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉との混合粉を含み、チタンを所定割合で含有する原料粉末を型に入れ、所定条件のもと、放電プラズマ焼結することにより、酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を得るものである。
(Method for manufacturing oxide sintered body)
The method for producing an oxide sintered body, which is a material for forming a zinc oxide-based transparent conductive film of the present invention, includes a mixed powder of low-valence titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, with titanium in a predetermined ratio. The raw material powder to be contained is put into a mold and subjected to discharge plasma sintering under a predetermined condition to obtain a zinc oxide-based transparent conductive film forming material that is an oxide sintered body.

前記原料粉末としては、低原子価酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉との混合粉か、またはチタン酸亜鉛化合物粉を含むものであればよく、上記酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉とチタン酸亜鉛化合物粉との混合粉であってもよい。好ましくは、低原子価酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉との混合粉を含むものがよい。これに対して、例えば、チタン金属と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉とを組み合わせたものや、酸化チタンと亜鉛金属とを組み合わせたものを原料粉末としても、酸化物焼結体は得られるが、その場合、酸化物焼結体中にチタンや亜鉛の金属粒が存在しやすくなり、これをターゲットとして成膜すると、成膜中にターゲット表面の金属粒が溶融してしまいターゲットから放出されず、得られる膜の組成とターゲットの組成とが大きく異なる傾向がある。   The raw material powder may be a mixed powder of low-valent titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, or a powder containing zinc titanate compound powder, and the titanium oxide powder and zinc oxide powder or A mixed powder of zinc hydroxide powder and zinc titanate compound powder may be used. Preferably, a powder containing a mixed powder of low-valent titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder is preferable. On the other hand, for example, even if a combination of titanium metal and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder or a combination of titanium oxide and zinc metal is used as a raw material powder, an oxide sintered body can be obtained. In that case, titanium and zinc metal particles are likely to be present in the oxide sintered body, and when this is used as a target, the metal particles on the target surface melt during the film formation and are not released from the target. The composition of the film obtained and the composition of the target tend to be greatly different.

前記低原子価酸化チタンとは、TiO(II)、Ti(III)のように、原子価が2価または3価の整数であるチタン元素の酸化物だけでなく、Ti、Ti、Ti11、Ti、Ti15等をも含む一般式:TiO2−X(X=0.1〜1)で表される新規な低原子価酸化チタンをいう。この低原子価酸化チタンの粉末は、前記一般式で表される酸化チタンの1種を単独で用いてもよく、あるいは2種以上の混合物を用いてもよい。なかでも、特にTi(III)の粉末を用いるのが好ましい。これは、Tiのイオン半径が0.67Åであり、亜鉛のイオン半径が0.74Åであるため、亜鉛のイオン半径と極めて近く固相焼結する際に置換固溶しやすいからである。
なお、前記低原子価酸化チタンの構造は、X線回折装置(X−Ray Diffraction、 XRD)、X線光電子分光装置(X−ray Photoelectron Spectroscopy、 XPS)などの機器分析によって確認することができる。
The low valence titanium oxide is not only an oxide of a titanium element whose valence is a divalent or trivalent integer such as TiO (II) and Ti 2 O 3 (III), but also Ti 3 O 5 , Ti 4 O 7 , Ti 6 O 11 , Ti 5 O 9 , Ti 8 O 15 and other general formula: TiO 2 -X (X = 0.1-1) Says titanium. As the low-valent titanium oxide powder, one kind of titanium oxide represented by the above general formula may be used alone, or a mixture of two or more kinds may be used. Among these, it is particularly preferable to use Ti 2 O 3 (III) powder. This is because Ti 2 O 3 has an ionic radius of 0.67 、 and an ionic radius of zinc of 0.74 、, so that it is very close to the ionic radius of zinc and is easily dissolved by substitution during solid phase sintering. is there.
The structure of the low valence titanium oxide can be confirmed by instrumental analysis such as an X-ray diffraction apparatus (X-Ray Diffraction, XRD), an X-ray photoelectron spectrometer (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS).

Ti、Ti、Ti11、Ti、Ti15等をも含む一般式:TiO2−X(X=0.1〜1)は単成分を作製するのは難しく、混合物として得られる。通常、酸化チタン(TiO)を水素雰囲気等の還元雰囲気にて、還元剤としてカーボン等を用いて、加熱することにより作製することができる。水素濃度、還元剤としてカーボン量、加熱温度を調製することにより、低原子価酸化チタンの混合物の割合を制御することができる。 General formula including Ti 3 O 5 , Ti 4 O 7 , Ti 6 O 11 , Ti 5 O 9 , Ti 8 O 15, etc .: TiO 2-X (X = 0.1-1) produces a single component Is difficult to obtain as a mixture. Usually, titanium oxide (TiO 2 ) can be produced by heating in a reducing atmosphere such as a hydrogen atmosphere using carbon or the like as a reducing agent. By adjusting the hydrogen concentration, the amount of carbon as a reducing agent, and the heating temperature, the ratio of the low-valent titanium oxide mixture can be controlled.

前記酸化亜鉛粉としては、通常、ウルツ鉱構造のZnO等の粉末が用いられ、さらにこのZnOを予め還元雰囲気で焼成して酸素欠損を含有させたものを用いてもよい。
前記水酸化亜鉛粉としては、アモルファスもしくは結晶構造のいずれであってもよい。
前記チタン酸亜鉛化合物粉としては、ZnTiO、ZnTiO等の粉末を用いることができ、特に、ZnTiOの粉末を用いるのが好ましい。
原料粉末として各々用いる化合物(粉)の平均粒径は、それぞれ1μm以下であることが好ましい。
As the zinc oxide powder, a powder of ZnO or the like having a wurtzite structure is usually used, and a powder obtained by firing this ZnO in advance in a reducing atmosphere and containing oxygen deficiency may be used.
The zinc hydroxide powder may be either amorphous or crystalline.
As the zinc titanate compound powder, powders of ZnTiO 3 , Zn 2 TiO 4 and the like can be used, and it is particularly preferable to use Zn 2 TiO 4 powder.
The average particle size of each compound (powder) used as the raw material powder is preferably 1 μm or less.

本発明における原料粉末においては、チタンの原子数の全金属原子数に対して2%超10%以下の割合で含有されることが重要であり、好ましくは、チタンの原子数が全金属原子数に対して3%以上9%以下となる割合、より好ましくは3%以上6%以下となる割合で含有される。このチタンの原子数の割合が2%以下となると、得られる酸化物焼結体をターゲットとして形成された膜の耐薬品性など化学的耐久性が不充分となる。一方、チタンの原子数の割合が10%を超えると、酸化チタンが亜鉛サイトに十分置換固溶できなくなり、この酸化物焼結体をターゲットとして形成された膜の導電性や透明性が不充分となる。
ここで、全金属原子数とは、酸化物焼結体を作製するために用いる原料粉末に含まれる全金属原子数であり、全金属原子数の約90〜98%を亜鉛が占める。そのため、酸化亜鉛系透明導電膜形成材料において、酸化亜鉛が主成分となる。
In the raw material powder in the present invention, it is important that it is contained in a proportion of more than 2% and not more than 10% with respect to the total number of metal atoms of titanium. Preferably, the number of titanium atoms is the total number of metal atoms. The content is 3% or more and 9% or less, more preferably 3% or more and 6% or less. When the ratio of the number of atoms of titanium is 2% or less, chemical durability such as chemical resistance of a film formed using the obtained oxide sintered body as a target becomes insufficient. On the other hand, when the ratio of the number of titanium atoms exceeds 10%, titanium oxide cannot be sufficiently substituted and dissolved in the zinc site, and the conductivity and transparency of the film formed using this oxide sintered body as a target are insufficient. It becomes.
Here, the total number of metal atoms is the total number of metal atoms contained in the raw material powder used for producing the oxide sintered body, and zinc occupies about 90 to 98% of the total number of metal atoms. Therefore, zinc oxide is the main component in the zinc oxide-based transparent conductive film forming material.

本発明における原料粉末は、ガリウム、アルミニウム、錫、シリコン、ゲルマニウム、ジルコニウム、ハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(以下、これらを「添加元素」と称することもある)をも含有することが好ましい。このような添加元素を含有することによって、得られる酸化物焼結体をターゲットとして形成される膜の比抵抗に加え、酸化物焼結体自体の比抵抗も低下させることができる。例えば、直流スパッタリング時の成膜速度は、スパッタリングターゲットとする酸化物焼結体の比抵抗に依存し、酸化物焼結体自体の比抵抗を下げることにより、成膜時の生産性を向上させることができる。添加元素を含有する場合、その全含有量は、原子比で、酸化物焼結体を構成する全金属元素の総量に対して0.05%以下であることが好ましい。添加元素の含有量が前記範囲よりも多いと、酸化物焼結体をターゲットとして形成される膜の比抵抗が増大するおそれがある。
前記添加元素は、酸化物の形態で酸化物焼結体中に存在していてもよいし、後述する酸化亜鉛相の亜鉛サイトに置換した(固溶した)形態で存在していてもよいし、後述するチタン酸亜鉛化合物相のチタンサイトおよび/または亜鉛サイトに置換した(固溶した)形態で存在していてもよい。
The raw material powder in the present invention also contains at least one element selected from the group consisting of gallium, aluminum, tin, silicon, germanium, zirconium, and hafnium (hereinafter, these may be referred to as “additive elements”). It is preferable. By containing such an additive element, the specific resistance of the oxide sintered body itself can be reduced in addition to the specific resistance of the film formed using the obtained oxide sintered body as a target. For example, the deposition rate during DC sputtering depends on the specific resistance of the oxide sintered body as a sputtering target, and the productivity during film formation is improved by lowering the specific resistance of the oxide sintered body itself. be able to. When an additive element is contained, the total content is preferably 0.05% or less with respect to the total amount of all metal elements constituting the oxide sintered body in terms of atomic ratio. When there is more content of an additional element than the said range, there exists a possibility that the specific resistance of the film | membrane formed using an oxide sintered compact as a target may increase.
The additive element may be present in the oxide sintered body in the form of an oxide, or may be present in a form substituted (solid solution) in a zinc site of a zinc oxide phase described later. The zinc titanate compound phase, which will be described later, may exist in a form substituted (solid solution) with titanium sites and / or zinc sites.

また、本発明における原料粉末は、必須元素である亜鉛およびチタンや前記添加元素のほかに、例えば、インジウム、イリジウム、ルテニウム、レニウムなどの他の元素を、不純物として含有していてもよい。不純物として含有される元素の合計含有量は、原子比で、原料粉末を構成する全金属元素の総量に対して0.5%以下であるのが好ましく、また、原子比で、得られる酸化物焼結体を構成する全金属元素の総量に対して0.1%以下となるようにすることが好ましい。   Moreover, the raw material powder in the present invention may contain other elements such as indium, iridium, ruthenium, rhenium as impurities in addition to the essential elements zinc and titanium and the above-mentioned additive elements. The total content of elements contained as impurities is preferably 0.5% or less with respect to the total amount of all metal elements constituting the raw material powder in terms of atomic ratio, and the oxide obtained by atomic ratio. It is preferable to be 0.1% or less with respect to the total amount of all metal elements constituting the sintered body.

前記原料粉末は、粉砕処理が施されてもよい。粉砕処理が施されることで、原料粉末は幅の狭い粒度分布に整えられ、後述する焼結において、均一に固相焼結させることができ、密度の高い酸化物焼結体を得ることができる。
粉砕処理する方法としては、特に限定されず、例えば、メディアを使用する場合、ビーズミル、ボールミル、遊星ミル、サンドグラインダー、振動ミルまたはアトライター等の装置を備えた粉砕機による方法、メディアを使用しないジェットミル、ナノマイザー、スターバースト等の湿式超高圧微粒化装置による方法などが挙げられる。
The raw material powder may be pulverized. By performing the pulverization treatment, the raw material powder is adjusted to have a narrow particle size distribution, and can be uniformly solid-phase sintered in the sintering described later to obtain a high-density oxide sintered body. it can.
The method for pulverization is not particularly limited. For example, when media is used, a method using a pulverizer equipped with a bead mill, a ball mill, a planetary mill, a sand grinder, a vibration mill, or an attritor, and no media are used. Examples thereof include a method using a wet ultrahigh pressure atomizer such as a jet mill, a nanomizer, and a starburst.

前記原料粉末を用いて放電プラズマ焼結(SPS)を行う際には、例えば、得られた原料粉末をダイスに所定量入れてパンチで挟む方法、原料粉末と水系溶媒とを混合し、得られたスラリーを充分に湿式混合により混合した後、固液分離・乾燥・造粒し、得られた造粒物を成形する。   When performing spark plasma sintering (SPS) using the raw material powder, for example, a method in which a predetermined amount of the obtained raw material powder is put in a die and sandwiched by a punch, the raw material powder and an aqueous solvent are mixed and obtained. The obtained slurry is sufficiently mixed by wet mixing, followed by solid-liquid separation, drying and granulation, and the resulting granulated product is formed.

水系溶媒は、水を主成分とし、水単独であってもよいし、水とメタノール、エタノール等のアルコールなどとの混合物であってもよい。
湿式混合は、例えば、硬質ZrOボール等を用いた湿式ボールミルや振動ミルにより行なえばよく、湿式ボールミルや振動ミルを用いた場合の混合時間は、12〜78時間程度が好ましい。なお、原料粉末をそのまま乾式混合してもよいが、湿式混合の方がより好ましい。
The aqueous solvent contains water as a main component and may be water alone, or may be a mixture of water and alcohol such as methanol or ethanol.
The wet mixing may be performed by, for example, a wet ball mill using a hard ZrO 2 ball or a vibration mill, and the mixing time when a wet ball mill or a vibration mill is used is preferably about 12 to 78 hours. In addition, although raw material powder may be dry-mixed as it is, wet mixing is more preferable.

固液分離・乾燥・造粒については、それぞれ公知の方法を採用すればよい。   For solid-liquid separation / drying / granulation, known methods may be employed.

得られた原料粉末をカーボンダイスに所定量入れて、カーボンパンチで挟み放電プラズマ焼結(SPS)装置にセットし、真空またはAr等の不活性ガス雰囲気中にて、放電プラズマ焼結を行う。このように、放電プラズマ焼結(SPS)は成形と焼結を同時に行うのが特徴である。
SPS装置は、縦1軸の加圧機構を有する焼結機本体と水冷却部内蔵の特殊通電機構、水冷真空チャンバー、雰囲気制御機構、真空排気装置、特殊DCパルス電源、集中操作制御盤などによって構成されている。被加工粉体を充填したダイ・パンチ型をチャンバー内の焼結ステージ上にセットして電極で挟み、加圧しながらパルス通電を行うと、カーボンダイスとカーボンパンチのサイズにより数分〜数十分以内で室温より一気に1000〜2500℃へ急速昇温、焼結は数分〜数十分の短時間で高密度の焼結体を得ることが可能である。
加圧の量は10MPa〜100MPaが好ましい。
本材料の場合、このように加工粉体(原料粉末)にトータルでかかる熱履歴時間が少ないため、複合酸化物相が生成し、その結晶相が成長する時間的な余裕がなく、複合酸化物相の成長は抑制される。一方、チタンが一部固溶した酸化亜鉛相の成長を抑制することはない。
また、焼結時間が短時間にすることができるので、結晶粒成長を抑制できるとともに、空孔の粗大化、ひいては最大空孔径の増大化を抑制できため、さらには結晶粒の成長は抑えるが、焼結は加工粉体にも導電性があるため、電流が流れ、結集粒同士での表面拡散、粒界拡散が急激に起こり、焼結は進行するため、高い焼結密度を得ることができる。
まとめると、放電プラズマ焼結法は、通常の常圧焼結法、ホットプレス法等に較べて、同じ焼結密度でも複合酸化物の生成が抑制できる。
A predetermined amount of the obtained raw material powder is put into a carbon die, sandwiched between carbon punches and set in a discharge plasma sintering (SPS) apparatus, and discharge plasma sintering is performed in an inert gas atmosphere such as vacuum or Ar. Thus, discharge plasma sintering (SPS) is characterized by simultaneous forming and sintering.
The SPS device consists of a sintering machine body with a vertical uniaxial pressurizing mechanism, a special energizing mechanism with a built-in water cooling unit, a water cooling vacuum chamber, an atmosphere control mechanism, a vacuum exhaust device, a special DC pulse power supply, a centralized operation control panel It is configured. When the die / punch mold filled with the powder to be processed is set on the sintering stage in the chamber, sandwiched between the electrodes, and pulsed while energized, it takes several minutes to several tens of minutes depending on the size of the carbon die and carbon punch. Within a short time from room temperature to 1000 to 2500 ° C., sintering can achieve a high-density sintered body in a short time of several minutes to several tens of minutes.
The amount of pressurization is preferably 10 MPa to 100 MPa.
In the case of this material, since the total heat history time required for the processed powder (raw material powder) is small in this way, a composite oxide phase is formed, and there is no time to grow the crystal phase. Phase growth is suppressed. On the other hand, the growth of the zinc oxide phase in which titanium is partly dissolved does not occur.
In addition, since the sintering time can be shortened, it is possible to suppress the growth of crystal grains and to suppress the coarsening of vacancies and hence the increase of the maximum vacancy diameter, thereby further suppressing the growth of crystal grains. Since sintered powder is also conductive, current flows, surface diffusion between the concentrating grains and grain boundary diffusion occur rapidly, and sintering proceeds, so a high sintering density can be obtained. it can.
In summary, the discharge plasma sintering method can suppress the formation of complex oxides even at the same sintering density as compared with the normal atmospheric pressure sintering method, the hot press method, and the like.

放電プラズマ焼結は、真空雰囲気または不活性雰囲気の雰囲気中、焼結温度を700℃以上1200℃以下として行なう。
放電プラズマ焼結を、真空雰囲気または不活性雰囲気中で行なうことで、酸素が存在しないため、酸化チタンの酸化の抑制や生成した酸化物焼結体を高い密度にすることができる。これは酸素が存在しない方が、より焼結が進行するためと考えられる。
真空雰囲気とは、酸素濃度が1ppm以下である雰囲気をいう。不活性雰囲気とは、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、水素等の不活性ガスからなる雰囲気である。
The discharge plasma sintering is performed at a sintering temperature of 700 ° C. or more and 1200 ° C. or less in a vacuum atmosphere or an inert atmosphere.
By performing the discharge plasma sintering in a vacuum atmosphere or an inert atmosphere, oxygen is not present, so that the oxidation of titanium oxide can be suppressed and the generated oxide sintered body can be made to have a high density. This is presumably because sintering proceeds more in the absence of oxygen.
A vacuum atmosphere refers to an atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less. The inert atmosphere is an atmosphere made of an inert gas such as nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, or hydrogen.

焼結温度は、700〜1200℃、好ましくは750〜900℃である。焼結温度が700℃未満であると焼結密度が低くなるおそれがあり、焼結温度が1200℃を超えると亜鉛が大幅に揮散してしまうおそれがある。
焼結温度までの昇温速度10℃/分〜200℃/分であり、好ましくは50℃/分〜200℃/分である。昇温速度が10℃/分よりも低いと複合酸化物の成長を抑制できないおそれがあり、昇温速度が200℃/分より高いと焼結体全体に均一に加熱できず、温度分布にムラが生じるおそれがある。
前記焼結温度での焼結時間は、10秒〜10分、好ましくは30秒〜8分、より好ましくは1分〜5分である。焼結時間が10秒未満であると、十分に焼結が進行せず、機械的強度が低くなるおそれがあり、焼結時間が10分より長いと、亜鉛が揮散して、焼結密度が低下するおそれがある。
型(ダイス、パンチ)の材質は、導電性であるものであれば構わないが、黒鉛などのカーボン材が好ましい。
The sintering temperature is 700 to 1200 ° C, preferably 750 to 900 ° C. If the sintering temperature is less than 700 ° C., the sintering density may be lowered, and if the sintering temperature exceeds 1200 ° C., zinc may be largely volatilized.
The heating rate up to the sintering temperature is 10 ° C./min to 200 ° C./min, preferably 50 ° C./min to 200 ° C./min. If the rate of temperature rise is lower than 10 ° C / min, the growth of the composite oxide may not be suppressed. If the rate of temperature rise is higher than 200 ° C / min, the entire sintered body cannot be heated uniformly, resulting in uneven temperature distribution. May occur.
The sintering time at the sintering temperature is 10 seconds to 10 minutes, preferably 30 seconds to 8 minutes, more preferably 1 minute to 5 minutes. If the sintering time is less than 10 seconds, the sintering does not proceed sufficiently and the mechanical strength may be lowered. If the sintering time is longer than 10 minutes, zinc is volatilized and the sintering density is reduced. May decrease.
The material of the mold (die, punch) may be any material as long as it is conductive, but a carbon material such as graphite is preferable.

前記原料粉末として酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉との混合粉を用いる場合もしくは酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉とチタン酸亜鉛化合物粉との混合粉を用いる場合の各粉の混合割合は、各々用いる化合物(粉)の種類に応じて、最終的に得られる酸化物焼結体において原子数比でTi/(Zn+Ti)の値が上述した範囲となるように適宜設定すればよい。その際、亜鉛はチタンに比べて蒸気圧が高く焼結した際に揮散しやすいことを考慮して、所望する酸化物焼結体の目的組成(ZnとTiとの原子数比)よりも、予め亜鉛の量が多くなるように混合割合を設定しておくことが好ましい。本発明で特定しているのは、真空または不活性雰囲気中でSPS焼結したものである。
具体的には、亜鉛の揮散のしやすさは、焼結する際の雰囲気によって異なり、例えば、酸化亜鉛粉を用いた場合、不活性雰囲気、還元雰囲気で焼結すると、酸化亜鉛が還元されて、酸化亜鉛よりもさらに揮散しやすい金属亜鉛となるので、亜鉛の消失量が増すことになる。したがって、目的組成に対してどの程度亜鉛の量を増やしておくかについては、不活性雰囲気、還元雰囲気で焼結する場合には所望する原子数比となる量の1.1〜1.3倍程度とすればよい。なお、原料粉末として各々用いる化合物(粉)は、それぞれ1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
When a mixed powder of titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder is used as the raw material powder, or a mixed powder of titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder and zinc titanate compound powder is used The mixing ratio of each powder is appropriately determined so that the value of Ti / (Zn + Ti) is in the above-described range in terms of the atomic ratio in the finally obtained oxide sintered body according to the type of compound (powder) used. You only have to set it. At that time, considering that zinc has a higher vapor pressure than titanium and is likely to be volatilized when sintered, the desired composition of the desired oxide sintered body (atomic ratio of Zn and Ti), It is preferable to set the mixing ratio in advance so that the amount of zinc increases. What is specified in the present invention is SPS sintered in a vacuum or an inert atmosphere.
Specifically, the ease of volatilization of zinc varies depending on the atmosphere during sintering. For example, when zinc oxide powder is used, sintering in an inert atmosphere or a reducing atmosphere reduces the zinc oxide. Since it becomes metallic zinc which is more easily volatilized than zinc oxide, the disappearance amount of zinc increases. Therefore, the amount of zinc to be increased with respect to the target composition is 1.1 to 1.3 times the amount of the desired atomic ratio when sintering in an inert atmosphere or a reducing atmosphere. It should be about. In addition, each compound (powder) used as the raw material powder may be only one kind or two or more kinds.

(酸化亜鉛系透明導電膜形成材料)
本発明の製造方法によって得られた酸化亜鉛系透明導電膜形成材料は、酸化亜鉛を主成分とし、酸化チタンを含む酸化物焼結体であり、実質的に亜鉛と、チタンと、酸素とからなる。
ここで、「実質的」とは、酸化物焼結体を構成する全原子の99%以上が亜鉛、チタンまたは酸素からなることを意味する。
(Zinc oxide-based transparent conductive film forming material)
The zinc oxide-based transparent conductive film forming material obtained by the production method of the present invention is an oxide sintered body containing zinc oxide as a main component and containing titanium oxide, and is substantially composed of zinc, titanium, and oxygen. Become.
Here, “substantially” means that 99% or more of all atoms constituting the oxide sintered body are composed of zinc, titanium, or oxygen.

本発明における酸化物焼結体は、できるだけ酸化亜鉛相のみから形成されることが好ましい。酸化チタン(II、III)と酸化亜鉛と固相反応により生成する複合酸化物相(ZnTiO)などの生成量をできるだけ抑制する。チタン酸亜鉛化合物相の生成量をできるだけ抑制することで、スパッタ時に異常放電の発生をできるだけ抑制できるので、安定に成膜することができ、生産性を向上させることができる。
なお、チタン酸亜鉛化合物相とは、具体的には、ZnTiO、ZnTiOのほか、これらの亜鉛サイトにチタン元素が固溶されたものや、酸素欠損が導入されているものや、Zn/Ti比がこれらの化合物から僅かにずれた非化学量論組成のものも含むものとする。
また、酸化亜鉛相とは、具体的には、ZnOのほか、これにチタン元素が固溶されたものや、酸素欠損が導入されているものや、亜鉛欠損により非化学量論組成となったものも含むものとする。なお、酸化亜鉛相は、通常、ウルツ鉱型構造をとる。
The oxide sintered body in the present invention is preferably formed only from a zinc oxide phase as much as possible. The production amount of a composite oxide phase (Zn 2 TiO 4 ) produced by solid phase reaction between titanium oxide (II, III) and zinc oxide is suppressed as much as possible. By suppressing the generation amount of the zinc titanate compound phase as much as possible, the occurrence of abnormal discharge during sputtering can be suppressed as much as possible, so that the film can be stably formed and the productivity can be improved.
The zinc titanate compound phase specifically includes ZnTiO 3 , Zn 2 TiO 4 , those in which a titanium element is dissolved in these zinc sites, oxygen deficiency introduced, Non-stoichiometric compositions with a Zn / Ti ratio slightly deviating from these compounds are also included.
In addition, the zinc oxide phase specifically includes ZnO, a solution in which a titanium element is dissolved, an oxygen deficiency introduced, or a non-stoichiometric composition due to zinc deficiency. Including things. The zinc oxide phase usually has a wurtzite structure.

本発明における酸化物焼結体は、原子数比でTi/(Zn+Ti)の値が0.02超0.1以下である、すなわち実質的に酸化チタンの結晶相を含有しないことが好ましい。すなわち、原子数比でTi/(Zn+Ti)の値が0.02未満である酸化物焼結体では、通常、チタンが酸化亜鉛に完全に反応するため、酸化物焼結体中に酸化チタン結晶相は生成されないが、チタンのドープ量が少ないため、得られる膜が十分な低抵抗を示さない。Ti/(Zn+Ti)の値が0.1以上を超えると、一般に、チタンが酸化亜鉛へ反応しきれないため、酸化物焼結体中に酸化チタンが生じやすくなる。しかし、酸化物焼結体に酸化チタンの結晶相が含まれていると、得られる膜が、比抵抗のなどの物性にムラがあり均一性に欠けるものとなるおそれがあるため、本発明における酸化物焼結体では、Ti/(Zn+Ti)の値を上記範囲内とし、実質的に酸化チタンの結晶相を含有しないことが好ましいのである。
また、酸化チタンの結晶相とは、具体的には、TiO、Ti、TiOのほか、これらの結晶にZnなど他の元素が固溶された物質も含むものとする。
The oxide sintered body in the present invention preferably has a Ti / (Zn + Ti) value of more than 0.02 and less than 0.1 in terms of atomic ratio, that is, substantially does not contain a crystal phase of titanium oxide. That is, in an oxide sintered body in which the value of Ti / (Zn + Ti) is less than 0.02 in terms of atomic ratio, titanium reacts completely with zinc oxide. Although no phase is produced, the resulting film does not exhibit a sufficiently low resistance due to the low doping amount of titanium. When the value of Ti / (Zn + Ti) exceeds 0.1 or more, generally, titanium cannot fully react with zinc oxide, so that titanium oxide is likely to be generated in the oxide sintered body. However, if the oxide sintered body contains a crystal phase of titanium oxide, the resulting film may have uneven physical properties such as specific resistance and may lack uniformity. In the oxide sintered body, it is preferable that the value of Ti / (Zn + Ti) is in the above range and substantially no titanium oxide crystal phase is contained.
In addition, the crystal phase of titanium oxide specifically includes TiO 2 , Ti 2 O 3 , and TiO as well as substances in which other elements such as Zn are dissolved in these crystals.

本発明における酸化物焼結体の比抵抗は、5kΩ・cm以下であることが好ましい。例えば、直流スパッタリング時の成膜速度は、スパッタリングターゲットとする酸化物焼結体の比抵抗に依存するので、酸化物焼結体の比抵抗が5kΩ・cmを超えると、直流スパッタで安定的な成膜を行えないおそれがある。成膜時の生産性を考慮すると、本発明における酸化物焼結体の比抵抗は低いほど好ましく、具体的には100Ω・cm以下であるのがよい。   The specific resistance of the oxide sintered body in the present invention is preferably 5 kΩ · cm or less. For example, the deposition rate during direct current sputtering depends on the specific resistance of the oxide sintered body as a sputtering target. Therefore, if the specific resistance of the oxide sintered body exceeds 5 kΩ · cm, the direct current sputtering is stable. There is a risk that film formation cannot be performed. Considering the productivity at the time of film formation, the specific resistance of the oxide sintered body in the present invention is preferably as low as possible, and specifically 100 Ω · cm or less.

以上のような本発明における酸化物焼結体は、前述した本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法によって好ましく得られるが、該製造方法により得られたものに限定されるわけではない。例えば、チタン金属と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉とを組み合わせたものや、酸化チタンと亜鉛金属とを組み合わせたものを原料粉末として得られたものであってもよい。通常、酸化物焼結体を還元雰囲気にて焼結した場合は、酸素欠損の導入により、酸化物焼結体の比抵抗は低くなり、酸化雰囲気にて焼結した場合は、比抵抗は高くなる。   The oxide sintered body in the present invention as described above is preferably obtained by the method for producing a zinc oxide-based transparent conductive film forming material of the present invention described above, but is not limited to the one obtained by the production method. Absent. For example, a combination of titanium metal and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, or a combination of titanium oxide and zinc metal may be obtained as a raw material powder. Normally, when the oxide sintered body is sintered in a reducing atmosphere, the specific resistance of the oxide sintered body is reduced by introducing oxygen deficiency, and when the oxide sintered body is sintered in an oxidizing atmosphere, the specific resistance is high. Become.

本発明における酸化物焼結体は、相対密度が93%以上、好ましくは95〜100%であるのがよい。ここで、相対密度とは、酸化物焼結体の密度を理論密度で除し、100を掛けたものと定義する。相対密度が93%未満であると、焼結体の特徴である、成膜速度が速い、安定な成膜が可能という特徴を損なわれるおそれがある。   The oxide sintered body in the present invention has a relative density of 93% or more, preferably 95 to 100%. Here, the relative density is defined as the density of the oxide sintered body divided by the theoretical density and multiplied by 100. If the relative density is less than 93%, the characteristics of the sintered body, such as the high film formation speed and the possibility of stable film formation, may be impaired.

(ターゲット)
本発明のターゲットは、スパッタリング法による成膜に用いられるターゲットである。なお、このような成膜の際に用いる固形材料のことを「タブレット」と称する場合もあるが、本発明においてはこれらを含め「ターゲット」と称することとする。
(target)
The target of the present invention is a target used for film formation by sputtering. In addition, although the solid material used in the film formation may be referred to as “tablet”, in the present invention, these are referred to as “target”.

本発明のターゲットは、上述した本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を加工してなる。
加工方法は、特に制限されず、適宜公知の方法を採用すればよい。例えば、酸化亜鉛系透明導電膜形成材料に平面研削等を施した後、所定の寸法に切断してから、支持台に貼着することにより、本発明のターゲットを得ることができる。また、必要に応じて、複数枚の酸化物焼結体を分割形状にならべて、大面積のターゲット(複合ターゲット)としてもよい。
The target of the present invention is obtained by processing the above-described zinc oxide-based transparent conductive film forming material of the present invention.
A processing method in particular is not restrict | limited, What is necessary is just to employ | adopt a well-known method suitably. For example, the target of the present invention can be obtained by subjecting the zinc oxide-based transparent conductive film forming material to surface grinding or the like and then cutting it to a predetermined size and then attaching it to a support base. Moreover, it is good also as a large area target (composite target) by arranging several oxide sintered compacts in a division | segmentation shape as needed.

本発明の酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法は、スパッタリング法により成膜を行うものであるが、その際の具体的手法や条件などについては、上述したターゲットを用いること以外、特に制限はなく、公知のスパッタリング法の手法や条件を適宜採用すればよい。   The method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film of the present invention is to form a film by a sputtering method, but there are no particular restrictions on the specific method and conditions in that case, other than using the above-described target. Any known sputtering method and conditions may be employed as appropriate.

本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料またはターゲットを用いて形成された酸化亜鉛系透明導電膜は、優れた導電性と化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐酸性)など)および近赤外領域高透過性とを兼ね備えたものである。そのため、例えば、液晶ディスプレイ・プラズマディスプレイ・無機EL(エレクトロルミネセンス)ディスプレイ・有機ELディスプレイ・電子ペーパーなどの透明電極、太陽電池の光電変換素子の窓電極、透明タッチパネル等の入力装置の電極、電磁シールドの電磁遮蔽膜等の用途に好適に用いられる。さらに、本発明の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料またはターゲットを用いて形成された酸化亜鉛系透明導電膜は、透明電波吸収体、紫外線吸収体、さらには透明半導体デバイスとして、他の金属膜や金属酸化膜と組み合わせて活用することもできる。   The zinc oxide-based transparent conductive film formed using the zinc oxide-based transparent conductive film forming material or target of the present invention has excellent conductivity and chemical durability (heat resistance, moisture resistance, chemical resistance (alkali resistance, Etc.) and high transmittance in the near infrared region. Therefore, for example, transparent electrodes such as liquid crystal displays, plasma displays, inorganic EL (electroluminescence) displays, organic EL displays, and electronic papers, window electrodes of photoelectric conversion elements of solar cells, electrodes of input devices such as transparent touch panels, electromagnetic It is suitably used for applications such as shield electromagnetic shielding films. Furthermore, the zinc oxide-based transparent conductive film formed using the zinc oxide-based transparent conductive film forming material or the target of the present invention can be used as a transparent radio wave absorber, an ultraviolet absorber, and a transparent semiconductor device as another metal film or It can also be used in combination with a metal oxide film.

本発明の酸化亜鉛系透明導電膜の膜厚は、用途に応じて適宜設定すればよく、特に制限されないが、好ましくは50〜600nm、より好ましくは100〜500nmである。50nm未満であると、充分な比抵抗が確保できないおそれがあり、一方、600nmを超えると膜に着色が生じてしまうおそれがある。   The film thickness of the zinc oxide-based transparent conductive film of the present invention may be appropriately set depending on the application and is not particularly limited, but is preferably 50 to 600 nm, more preferably 100 to 500 nm. If the thickness is less than 50 nm, sufficient specific resistance may not be ensured. On the other hand, if the thickness exceeds 600 nm, the film may be colored.

(透明導電性基板)
本発明の透明導電性基板は、透明基材上に、上述した酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法により成膜された酸化亜鉛系透明導電膜を備えるものである。
前記透明基材は、スパッタリング法による成膜条件において形状を維持しうるものであれば、特に限定されない。例えば、各種ガラス等の無機材料、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリイミドなどのプラスチック類)等の樹脂などで形成された板状物、シート状物、フィルム状物等を用いることができるが、特に、ガラス板、樹脂フィルム又は樹脂シートのいずれかであるのが好ましい。透明基材の可視光透過率は、通常、90%以上、好ましくは95%以上であるのがよい。
(Transparent conductive substrate)
The transparent conductive substrate of the present invention comprises a zinc oxide-based transparent conductive film formed on a transparent substrate by the above-described method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film.
The transparent substrate is not particularly limited as long as it can maintain the shape under the film forming conditions by the sputtering method. For example, inorganic materials such as various glasses, thermoplastic resins and thermosetting resins (for example, epoxy resin, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone, polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, triacetyl cellulose) Plate-like material, sheet-like material, film-like material, etc. formed of a resin such as a plastic such as polyimide), and in particular, any of a glass plate, a resin film or a resin sheet Is preferred. The visible light transmittance of the transparent substrate is usually 90% or more, preferably 95% or more.

なお、前記透明基材として樹脂フィルムや樹脂シートを用いる場合、スパッタリング法による成膜で受けるダメージを分散均一化するために、工業的に行われているロールツーロールの成膜方法で、巻き出し速度と巻取り速度をコントロールしながら引張応力をかけた状態で成膜することが好ましい。さらに、あらかじめ樹脂フィルムまたは樹脂シートを加熱した状態で成膜してもよいし、成膜最中に樹脂フィルムまたは樹脂シートを冷却するようにしてもよい。また、スパッタリング法による成膜でダメージを受ける時間を短縮するため、樹脂フィルムまたは樹脂シートの搬送速度の高速化(例えば1.0m/分以上で)を図ることも効果的であり、この場合は、例えば成膜する樹脂フィルムまたは樹脂シートとターゲットとの距離が短くても成膜が可能となり、工業的プロセスとしては有利である。   In addition, when using a resin film or a resin sheet as the transparent substrate, in order to disperse and uniformize the damage received by the film formation by the sputtering method, it is unrolled by a roll-to-roll film formation method that is performed industrially. It is preferable to form a film in a state where a tensile stress is applied while controlling the speed and the winding speed. Furthermore, the resin film or the resin sheet may be formed in a heated state in advance, or the resin film or the resin sheet may be cooled during the film formation. It is also effective to increase the speed of transporting the resin film or resin sheet (for example, 1.0 m / min or more) in order to reduce the time for damage caused by film formation by sputtering. For example, film formation is possible even if the distance between the target resin film or resin sheet and the target is short, which is advantageous as an industrial process.

前記透明基材には、必要に応じて、単層または多層からなる絶縁層、半導体層、ガスバリア層または保護層のいずれかが形成されていてもよい。絶縁層としては、酸化珪素膜や窒化酸化珪素膜などが挙げられる。半導体層としては、薄膜トランジスター(TFT)などが挙げられ、主にガラス基板に形成される。ガスバリア層としては、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、アルミニウム酸マグネシウム膜などが挙げられ、水蒸気バリア膜などとして樹脂板もしくは樹脂フィルムに形成される。保護層は、基材の表面を傷や衝撃から守るためのものであり、Si系、Ti系、アクリル樹脂系など各種コーティング層が挙げられる。   The transparent substrate may be formed with any of a single layer or multiple layers of an insulating layer, a semiconductor layer, a gas barrier layer, or a protective layer as necessary. Examples of the insulating layer include a silicon oxide film and a silicon nitride oxide film. Examples of the semiconductor layer include a thin film transistor (TFT), and the semiconductor layer is mainly formed on a glass substrate. Examples of the gas barrier layer include a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, and a magnesium aluminate film, and the gas barrier layer is formed on a resin plate or a resin film as a water vapor barrier film. A protective layer is for protecting the surface of a base material from a damage | wound and an impact, and various coating layers, such as Si type | system | group, Ti type | system | group, and an acrylic resin type | system | group, are mentioned.

本発明の酸化亜鉛系透明導電性基板の比抵抗は、通常2×10−3Ω・cm以下、好ましくは8×10−4Ω・cm以下である。また、その表面抵抗(シート抵抗)は、用途によって異なるが、通常5〜10000Ω/□、好ましくは10〜300Ω/□であるのが好ましい。なお、比抵抗および表面抵抗は、例えば実施例で後述する方法によって測定することができる。
本発明の酸化亜鉛系透明導電性基板の透過率は、可視光領域で、通常85%以上、好ましくは90%以上である。また、その全光線透過率は、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上であり、そのヘイズ値は、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下であるのがよい。なお、透過率は、例えば実施例で後述する方法によって測定することができる。
The specific resistance of the zinc oxide based transparent conductive substrate of the present invention is usually 2 × 10 −3 Ω · cm or less, preferably 8 × 10 −4 Ω · cm or less. The surface resistance (sheet resistance) varies depending on the application, but is usually 5 to 10,000 Ω / □, preferably 10 to 300 Ω / □. In addition, specific resistance and surface resistance can be measured by the method mentioned later in an Example, for example.
The transmittance of the zinc oxide-based transparent conductive substrate of the present invention is usually 85% or more, preferably 90% or more in the visible light region. The total light transmittance is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and the haze value is preferably 10% or less, more preferably 5% or less. The transmittance can be measured by, for example, a method described later in the examples.

本発明の透明導電性基板における酸化亜鉛系透明導電膜の膜厚は、50〜600nmであることが好ましい。この膜厚の範囲では、用途によって異なるが、可撓性が保たれた連続的な膜を得る事ができる。さらに、本発明の透明導電膜の膜厚は用途に応じて100〜500nmとすることが望ましい。
本発明の透明導電性基板には、必要に応じて、最外層として、保護膜、反射防止膜、フィルター等の役割や、液晶の視野角の調整、曇り止め等の機能を発揮する任意の樹脂または無機化合物の層を、1層または2層以上積層することができる。
The thickness of the zinc oxide-based transparent conductive film in the transparent conductive substrate of the present invention is preferably 50 to 600 nm. In this film thickness range, although it varies depending on the application, it is possible to obtain a continuous film in which flexibility is maintained. Furthermore, the film thickness of the transparent conductive film of the present invention is desirably 100 to 500 nm depending on the application.
In the transparent conductive substrate of the present invention, if necessary, as an outermost layer, any resin that functions as a protective film, an antireflection film, a filter, etc., functions of adjusting the viewing angle of liquid crystal, preventing fogging, etc. Alternatively, one layer or two or more layers of inorganic compounds can be stacked.

本発明の透明導電性基板は、上述したように、良好な透明性を有し、かつ、上述したように優れた導電性と化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐薬品性(耐アルカリ性、耐酸性)など)を兼ね備えたものである。そのため、例えば、液晶ディスプレイ・プラズマディスプレイ・無機EL(エレクトロルミネセンス)ディスプレイ・有機ELディスプレイ・電子ペーパーなどの透明電極、太陽電池の光電変換素子の窓電極、透明タッチパネル等の入力装置の電極、電磁シールドの電磁遮蔽膜、透明電波吸収体、紫外線吸収体、さらには透明半導体デバイスとして他の金属膜/金属酸化膜と組み合わせて活用することができる。   The transparent conductive substrate of the present invention has good transparency as described above, and excellent conductivity and chemical durability (heat resistance, moisture resistance, chemical resistance (alkali resistance) as described above. , Acid resistance, etc.). Therefore, for example, transparent electrodes such as liquid crystal displays, plasma displays, inorganic EL (electroluminescence) displays, organic EL displays, and electronic papers, window electrodes of photoelectric conversion elements of solar cells, electrodes of input devices such as transparent touch panels, electromagnetic It can be used in combination with other metal film / metal oxide film as an electromagnetic shielding film of a shield, a transparent radio wave absorber, an ultraviolet absorber, and a transparent semiconductor device.

以下、本発明を実施例で更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、得られた透明導電性基板の評価は以下の方法で行なった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
In addition, evaluation of the obtained transparent conductive substrate was performed by the following method.

<比抵抗>
比抵抗は、抵抗率計(三菱化学(株)製「LORESTA−GP、MCP−T610」)を用いて、四端子四探針法により測定した。詳しくは、サンプルに4本の針状の電極を直線上に置き、外側の二探針間に一定の電流を流し、内側の二探針間に一定電流を流し、内側の二探針間に生じる電位差を測定し、抵抗を求めた。
<Resistivity>
The specific resistance was measured by a four-terminal four-probe method using a resistivity meter (“LORESTA-GP, MCP-T610” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Specifically, four needle-shaped electrodes are placed on a straight line on the sample, a constant current is passed between the outer two probes, a constant current is passed between the inner two probes, and the inner two probes are The resulting potential difference was measured to determine the resistance.

<表面抵抗>
表面抵抗(Ω/□)は、比抵抗(Ω・cm)を膜厚(cm)で除することにより算出した。
<透過率> 透過率は、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光(株)製「V−670」)を用いて測定した。
<Surface resistance>
The surface resistance (Ω / □) was calculated by dividing the specific resistance (Ω · cm) by the film thickness (cm).
<Transmittance> The transmittance was measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer ("V-670" manufactured by JASCO Corporation).

<耐湿性>
透明導電性基板を、温度60℃、相対湿度90%の雰囲気中に1000時間保持する耐湿試験に付した後、表面抵抗を測定した。耐湿試験後の表面抵抗が、耐湿試験前の表面抵抗の2倍以下であると、耐湿性に優れると言える。
<Moisture resistance>
The transparent conductive substrate was subjected to a moisture resistance test in which the transparent conductive substrate was held in an atmosphere at a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90% for 1000 hours, and then the surface resistance was measured. It can be said that the surface resistance after the moisture resistance test is excellent in moisture resistance when the surface resistance before the moisture resistance test is twice or less.

<耐熱性>
透明導電性基板を、温度200℃の大気中に5時間保持する耐熱試験に付した後、表面抵抗を測定した。耐熱試験後の表面抵抗が、耐熱試験前の表面抵抗の1.5倍以下であると、耐熱性に優れると言える。
<Heat resistance>
The transparent conductive substrate was subjected to a heat resistance test in which the transparent conductive substrate was held in the atmosphere at a temperature of 200 ° C. for 5 hours, and then the surface resistance was measured. When the surface resistance after the heat test is 1.5 times or less than the surface resistance before the heat test, it can be said that the heat resistance is excellent.

<耐アルカリ性>
透明導電性基板を、3%のNaOH水溶液(40℃)中に10分間浸漬し、浸漬前後の基板上の膜質の変化の有無を目視にて確認した。
<Alkali resistance>
The transparent conductive substrate was immersed in a 3% NaOH aqueous solution (40 ° C.) for 10 minutes, and the presence or absence of a change in film quality on the substrate before and after immersion was confirmed visually.

<耐酸性>
透明導電性基板を、3%のHCl水溶液(40℃)中に10分間浸漬し、浸漬前後の基板上の膜質の変化の有無を目視にて確認した。
<Acid resistance>
The transparent conductive substrate was immersed in a 3% aqueous HCl solution (40 ° C.) for 10 minutes, and the presence or absence of a change in film quality on the substrate before and after immersion was confirmed visually.

[実施例1]
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、酸化チタン(TiO、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とが原子数比 Zn:Ti=97.0:3.0となるように秤量し、ポリプロピレン製の容器に入れ、更に2mmφジルコニア製ボールと混合溶媒としてエタノールを入れた。これをボールミルにより混合し、原料粉末を得た。
[Example 1]
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), titanium oxide (TiO, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.), zinc element and titanium element in atomic ratio Zn: Ti = 97.0: 3. It was weighed so as to be 0, placed in a polypropylene container, and further 2 mmφ zirconia balls and ethanol as a mixed solvent were added. This was mixed by a ball mill to obtain a raw material powder.

混合操作後、2mmφジルコニア製ボールとエタノールを除去して得られた原料粉末を黒鉛からなる金型(ダイス)に入れ、黒鉛からなるパンチにて40MPaの圧力でAr雰囲気下、加圧した。その後、約5分間で室温から焼結温度(850℃)まで昇温し、850℃にて3分間SPS(放電プラズマ焼結)処理を行い、円盤型の焼結体を得た。
この焼結体のX線回折(XRD)測定を行い、その結果を図1に示した。図1から、実施例1の焼結体におけるZnTiOのピークは、後述する比較例1の焼結体におけるZnTiOのピークに較べて低減していることがわかる。また、表面のFE−SEM像を図2に示した。該SEM像を観察したところ、後述する比較例1の焼結体に比べ、結晶粒の成長が抑制されていることがわかる。この焼結体の相対密度を焼結体のサイズ及び重量から算出したところ96.2%であった。また、焼結体の表面の結晶粒を観察した。なお、相対密度は、酸化亜鉛、酸化チタンの単体密度に混合の重量比をかけ、和をとった理論密度を100%として求めている(下式を参照、以下の実施例においても同様にして求めた)。得られた焼結体に研削、表面研磨を施し、50.8mmφ、厚さ3mmの焼結体を得た。
相対密度=100×[(焼結体の密度)/(理論密度)]
理論密度=(酸化亜鉛の単体密度×混合重量比+酸化チタンの単体密度×混合重量比)
After the mixing operation, the 2 mmφ zirconia balls and the raw material powder obtained by removing ethanol were placed in a mold (die) made of graphite, and pressurized with a punch made of graphite under a pressure of 40 MPa in an Ar atmosphere. Thereafter, the temperature was raised from room temperature to the sintering temperature (850 ° C.) in about 5 minutes, and an SPS (discharge plasma sintering) treatment was performed at 850 ° C. for 3 minutes to obtain a disk-shaped sintered body.
The sintered body was subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement, and the result is shown in FIG. 1 that the Zn 2 TiO 4 peak in the sintered body of Example 1 is reduced compared to the Zn 2 TiO 4 peak in the sintered body of Comparative Example 1 described later. The surface FE-SEM image is shown in FIG. Observation of the SEM image shows that the growth of crystal grains is suppressed as compared with the sintered body of Comparative Example 1 described later. The relative density of the sintered body was calculated from the size and weight of the sintered body and found to be 96.2%. Further, the crystal grains on the surface of the sintered body were observed. The relative density is obtained by multiplying the unit density of zinc oxide and titanium oxide by the weight ratio of the mixture and taking the sum as the theoretical density of 100% (see the following formula, and the same in the following examples). Asked). The obtained sintered body was ground and polished to obtain a sintered body having a diameter of 50.8 mmφ and a thickness of 3 mm.
Relative density = 100 × [(density of sintered body) / (theoretical density)]
Theoretical density = (Zinc oxide simple substance density x mixing weight ratio + Titanium oxide simple substance density x mixing weight ratio)

得られた焼結体を、銅板をバッキングプレートとして用い、インジウム半田を用いてボンディングし、スパッタリングターゲットを得た。
得られたスパッタリングターゲットを用い、スパッタリングにより成膜を行った。
異常放電はほとんど発生しなかった。スパッタ条件は以下のとおりであり、厚さ約500nmの薄膜を得た。
ターゲット寸法 :50.8mmφ×3mm厚
スパッタリング装置 :キャノンアネルバ(株)製「E-200S」
スパッタ方式 :DCマグネトロンスパッタリング
到達真空度 :2.0×10−4Pa
Ar圧力 :0.5Pa
基板温度 :250℃
スパッタ電力 :30W
使用基板 :石英ガラス(50.8mm×50.8mm×0.7mm)
The obtained sintered body was bonded using indium solder using a copper plate as a backing plate to obtain a sputtering target.
Using the obtained sputtering target, a film was formed by sputtering.
Abnormal discharge hardly occurred. The sputtering conditions were as follows, and a thin film having a thickness of about 500 nm was obtained.
Target size: 50.8 mmφ × 3 mm thickness Sputtering device: “E-200S” manufactured by Canon Anelva Co., Ltd.
Sputtering method: DC magnetron sputtering Ultimate vacuum: 2.0 × 10 −4 Pa
Ar pressure: 0.5 Pa
Substrate temperature: 250 ° C
Sputtering power: 30W
Substrate used: Quartz glass (50.8 mm x 50.8 mm x 0.7 mm)

得られた薄膜を2倍希釈した塩酸に溶解させ、ICP−AES(サーモサイエンティフィック社製「Thermo−6500」)により薄膜組成を測定したところ、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。
また、この透明導電膜について、X線回折装置(理学電機(株)製「RINT2000」)を用い薄膜測定用のアタッチメントを使用したX線回折を行うとともに、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(TEM−EDX)を用いて亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに電界放射型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
The obtained thin film was dissolved in 2-fold diluted hydrochloric acid, and the thin film composition was measured by ICP-AES (Thermo Scientific "Thermo-6500"). As a result, a thin film having a composition almost equal to the target composition was obtained. It was.
The transparent conductive film is subjected to X-ray diffraction using an attachment for thin film measurement using an X-ray diffractometer ("RINT2000" manufactured by Rigaku Corporation) and an energy dispersive X-ray microanalyzer (TEM-). EDX) was used to investigate the doping state of titanium into zinc, and further the crystal structure was examined using a field emission electron microscope (FE-SEM). Was found to be substituted and dissolved in zinc.

得られた薄膜のシート抵抗を四探針法(三菱化学(株)製「ロレスタ」)で、膜厚をケーエルエー・テンコール(株)製「Alpha−Step IQ」を用いて測定し、抵抗率を算出したところ、4.0×10−4Ω・cmであった。表面抵抗は8.0Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The sheet resistance of the obtained thin film was measured by a four-probe method (“Loresta” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the film thickness was measured using “Alpha-Step IQ” manufactured by KLA-Tencor Corporation. The calculated value was 4.0 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 8.0Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane.
The transmittance of the obtained transparent conductive substrate was 89% on the average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on the average in the infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that the surface resistance after the moisture resistance test was 1.2 times the surface resistance before the moisture resistance test, and the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.2 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.

以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。   From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.

[比較例1]
酸化亜鉛(ZnO、キシダ化学(株)製)、酸化チタン(TiO、(株)高純度化学研究所製)を、亜鉛元素とチタン元素とが原子数比 Zn:Ti=97.0:3.0となるように秤量し、実施例1と同様にして得られた原料粉末を、黒鉛からなる金型(ダイス)に入れ、黒鉛からなるパンチにて40MPaの圧力で真空加圧し、1000℃で4時間、加熱処理を行い円盤型の焼結体を得た。この焼結体のXRD測定を行い、その結果を図1に示した。ホットプレス焼結による複合酸化物(ZnTiO)の生成はSPS焼結よる複合酸化物の生成より多いことがわかる。また、表面のFE−SEM像を図3に示した。このFE−SEM観察からも結晶粒サイズが大きく、粗大粒も存在していることが認められるため、相対密度が低いことがわかる。この焼結体の相対密度を焼結体のサイズから算出したところ95.6%であった。
[Comparative Example 1]
Zinc oxide (ZnO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), titanium oxide (TiO, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.), zinc element and titanium element in atomic ratio Zn: Ti = 97.0: 3. The raw material powder obtained by weighing in the same manner as in Example 1 was put into a mold (die) made of graphite, and was vacuum-pressed at a pressure of 40 MPa with a punch made of graphite at 1000 ° C. A heat treatment was performed for 4 hours to obtain a disk-shaped sintered body. The XRD measurement of this sintered body was performed, and the result is shown in FIG. Generation of the composite oxide by the hot press sintering (Zn 2 TiO 4) It can be seen that more than generation of the composite oxides by SPS sintering. The surface FE-SEM image is shown in FIG. This FE-SEM observation also shows that the crystal grain size is large and coarse grains are present, so that the relative density is low. When the relative density of the sintered body was calculated from the size of the sintered body, it was 95.6%.

得られた焼結体を、実施例1と同様にしてスパッタリングにより成膜を行った。異常放電が成膜途中にて、一部発生した。
薄膜組成を測定したところ、ターゲット組成とほぼ等しい組成の薄膜が得られていた。
また、この透明導電膜について、実施例1と同様にして亜鉛へのチタンのドープ状態を調べ、さらに結晶構造を調べたところ、C軸配向したウルツ鉱型の単相であり、チタンが亜鉛に置換固溶していることがわかった。
得られた薄膜のシート抵抗を実施例1と同様にして測定し、抵抗率を算出したところ、4.2×10−4Ω・cmであった。表面抵抗は8.4Ω/□であった。なお、透明基板上の比抵抗の分布は面内均一であった。
得られた透明導電性基板の透過率は、可視領域(380nm〜780nm)で平均89%、赤外領域(780nm〜1500nm)で平均89%であった。なお、成膜前の石英ガラス基板の可視領域(380nm〜780nm)における透過率は平均94%であり、赤外領域(780nm〜1500nm)における透過率は平均94%であった。
得られた透明導電性基板の耐湿性を評価したところ、耐湿試験後の表面抵抗は、耐湿試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐湿性に優れることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐熱性を評価したところ、耐熱試験後の表面抵抗は、耐熱試験前の表面抵抗の1.2倍であり、耐熱性に優れることがわかった。
得られた透明導電性基板の耐アルカリ性を評価したところ、浸漬前後で膜質に変化はなく耐アルカリ性に優れていることがわかった。また、得られた透明導電性基板の耐酸性を評価したところ、浸漬後、膜厚が薄くなっており溶解していたが、浸漬前後で膜質に変化はなく耐酸性に優れていることがわかった。
The obtained sintered body was formed into a film by sputtering in the same manner as in Example 1. Abnormal discharge partially occurred during film formation.
When the thin film composition was measured, a thin film having a composition almost equal to the target composition was obtained.
Further, with respect to this transparent conductive film, the doped state of titanium into zinc was investigated in the same manner as in Example 1, and further the crystal structure was examined. As a result, it was a wurtzite single phase with C-axis orientation, and titanium was converted into zinc. It was found that the solution was substituted.
When the sheet resistance of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 1 and the resistivity was calculated, it was 4.2 × 10 −4 Ω · cm. The surface resistance was 8.4Ω / □. The specific resistance distribution on the transparent substrate was uniform in the plane.
The transmittance of the obtained transparent conductive substrate was 89% on the average in the visible region (380 nm to 780 nm) and 89% on the average in the infrared region (780 nm to 1500 nm). The transmittance in the visible region (380 nm to 780 nm) of the quartz glass substrate before film formation was 94% on average, and the transmittance in the infrared region (780 nm to 1500 nm) was 94% on average.
When the moisture resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that the surface resistance after the moisture resistance test was 1.2 times the surface resistance before the moisture resistance test, and the moisture resistance was excellent. Moreover, when the heat resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, the surface resistance after the heat test was 1.2 times the surface resistance before the heat test, and it was found that the heat resistance was excellent.
When the alkali resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that there was no change in film quality before and after immersion, and the alkali resistance was excellent. Moreover, when the acid resistance of the obtained transparent conductive substrate was evaluated, it was found that after immersion, the film thickness was thin and dissolved, but the film quality did not change before and after immersion, and the acid resistance was excellent. It was.

以上のことから、得られた透明導電性基板上の膜は、透明かつ低抵抗であるとともに、化学的耐久性(耐熱性、耐湿性、耐アルカリ性、耐酸性)をも兼ね備えた透明導電膜であることが明らかである。また、耐アルカリ性、耐酸性に優れていることから、パターニングの際には適当なエッチングレートを有することが推測される。   From the above, the film on the obtained transparent conductive substrate is a transparent conductive film that is transparent and has low resistance, and also has chemical durability (heat resistance, moisture resistance, alkali resistance, acid resistance). It is clear that there is. Moreover, since it is excellent in alkali resistance and acid resistance, it is estimated that it has an appropriate etching rate at the time of patterning.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の改良や変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above embodiment, A various improvement and change are possible.

Claims (9)

低原子価酸化チタン粉と酸化亜鉛粉もしくは水酸化亜鉛粉との混合粉、またはチタン酸亜鉛化合物粉を含み、チタンの原子数の全金属原子数に対する割合が2%超10%以下である原料粉末を型に入れ、真空中または不活性雰囲気中にて700℃以上1200℃以下の焼結温度で放電プラズマ焼結を行うことを特徴とする、酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法。   A raw material containing a mixed powder of low-valent titanium oxide powder and zinc oxide powder or zinc hydroxide powder, or zinc titanate compound powder, wherein the ratio of the number of titanium atoms to the total number of metal atoms is more than 2% and not more than 10% A zinc oxide-based transparent conductive material, which is an oxide sintered body, is characterized by performing powder plasma sintering at a sintering temperature of 700 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in vacuum or in an inert atmosphere. Manufacturing method of film forming material. 前記型が、黒鉛ダイスおよび黒鉛パンチからなる請求項1に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法。   The method for producing a zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to claim 1, wherein the mold is made of a graphite die and a graphite punch. 前記放電プラズマ焼結の際、前記焼結温度までの昇温速度が10℃/分〜200℃/分であり、かつ前記焼結温度での焼結時間が10秒〜10分である請求項1または2に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料の製造方法   The rate of temperature rise to the sintering temperature during the spark plasma sintering is 10 ° C / min to 200 ° C / min, and the sintering time at the sintering temperature is 10 seconds to 10 minutes. The manufacturing method of the zinc oxide type transparent conductive film formation material of 1 or 2 請求項1〜3のいずれかに記載の方法で得られる酸化物焼結体である酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。   A zinc oxide-based transparent conductive film forming material, which is an oxide sintered body obtained by the method according to claim 1. 実質的に亜鉛、チタンおよび酸素からなる前記酸化物焼結体であって、前記チタンが原子数比でTi/(Zn+Ti)=0.02超0.1以下となるように含有されている請求項4に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。   The oxide sintered body substantially consisting of zinc, titanium, and oxygen, wherein the titanium is contained so that the atomic ratio is Ti / (Zn + Ti) = 0.02 and 0.1 or less. Item 5. The zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to Item 4. 前記酸化物焼結体の相対密度が93%以上である請求項4または5に記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料。   The zinc oxide-based transparent conductive film forming material according to claim 4 or 5, wherein a relative density of the oxide sintered body is 93% or more. スパッタリング法による成膜に用いられるターゲットであって、請求項4〜6のいずれかに記載の酸化亜鉛系透明導電膜形成材料を加工してなることを特徴とするターゲット。   It is a target used for film-forming by sputtering method, Comprising: The target formed by processing the zinc oxide type transparent conductive film formation material in any one of Claims 4-6. 請求項7に記載のターゲットを用いて、スパッタリング法により酸化亜鉛系透明導電膜を形成する、ことを特徴とする酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法。   A method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film, wherein a zinc oxide-based transparent conductive film is formed by a sputtering method using the target according to claim 7. 透明基材上に、請求項8に記載の酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法により成膜された酸化亜鉛系透明導電膜を備える、ことを特徴とする透明導電性基板。   A transparent conductive substrate comprising a zinc oxide-based transparent conductive film formed on the transparent base material by the method for forming a zinc oxide-based transparent conductive film according to claim 8.
JP2010256048A 2010-11-16 2010-11-16 Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film Pending JP2012106878A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010256048A JP2012106878A (en) 2010-11-16 2010-11-16 Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010256048A JP2012106878A (en) 2010-11-16 2010-11-16 Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012106878A true JP2012106878A (en) 2012-06-07

Family

ID=46492957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010256048A Pending JP2012106878A (en) 2010-11-16 2010-11-16 Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012106878A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016034892A (en) * 2014-07-31 2016-03-17 東ソー株式会社 Oxide sintered body and method for producing the same, and sputtering target

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016034892A (en) * 2014-07-31 2016-03-17 東ソー株式会社 Oxide sintered body and method for producing the same, and sputtering target

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Effect of substrate temperature on transparent conducting Al and F co-doped ZnO thin films prepared by rf magnetron sputtering
JP4850378B2 (en) Sputtering target, transparent conductive oxide, and method for producing sputtering target
TWI400346B (en) Sputtering target, transparent conductive film and touch panel with transparent electrode
TWI473896B (en) From InGaO 3 (ZnO) crystal phase, and a method for producing the same
WO2011115177A1 (en) Transparent conductive films
KR20120129972A (en) Oxide sintered body, oxide mixture, manufacturing methods for same, and targets using same
JP2011184715A (en) Zinc oxide based transparent conductive film forming material, method for producing the same, target using the same, and method for forming zinc oxide based transparent conductive film
JP2011207742A (en) Zinc oxide transparent conductive film forming material, method of manufacturing the same, target using the same and method of forming zinc oxide transparent conductive film
JP2012158825A (en) Zinc oxide-based transparent conductive film-forming material and method for producing the same, target using the same, method for forming zinc oxide-based transparent conductive film, and transparent conductive substrate
KR20120062341A (en) Indium zinc oxide transparent condutive layer for an electrode and the preparing method thereof
JP2012106880A (en) Zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, method for manufacturing the same, target using the same, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film
JP2012106879A (en) Zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, method for manufacturing the same, target using the same, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film
JP2012193073A (en) Oxide molded product, oxide sintered compact, and transparent conductive film-forming material
JP2011190528A (en) Method of depositing electrically conductive transparent zinc oxide-based film, electrically conductive transparent zinc oxide-based film and transparent conductive substrate
JP5952031B2 (en) Oxide sintered body manufacturing method and target manufacturing method
KR101240197B1 (en) Transparent conducting film, target for transparent conducting film and method of preparing target for transparent conducting film
WO2011102425A1 (en) Oxide sintered body, oxide mixture, manufacturing methods for same, and targets using same
JP2012197216A (en) Oxide sintered compact, method for manufacturing the same and target using the same
JP2012132090A (en) Method for forming electrically conductive transparent zinc oxide-based film, electrically conductive transparent zinc oxide-based film, and elecrically conductive transparent substrate
JP2012140673A (en) Zinc oxide based transparent conductive film forming material, method for producing the material, target using the material, and method for forming zinc oxide based transparent conductive film
JP2012106878A (en) Method for manufacturing zinc oxide-based transparent conductive film-forming material, target using the transparent conductive film-forming material, and method for forming zinc oxide-based transparent conductive film
JP5993700B2 (en) Method for producing zinc oxide-based sintered body
JP2012140696A (en) Zinc oxide based transparent conductive film forming material, method for producing the material, target using the material, and method for forming zinc oxide based transparent conductive film
JP2012148937A (en) Electrically conductive composite oxide, zinc oxide type sintered body, method for manufacturing it and target
WO2011152682A2 (en) Transparent conductive layer, target for transparent conductive layer and a process for producing the target for transparent conductive layer