JP2013224244A - Zinc oxide raw material powder used for aerosol deposition method - Google Patents

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井 克 宏 今
Jun Yoshikawa
川 潤 吉
Kiyoshi Matsushima
島 潔 松
Sota Okouchi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide zinc oxide powder as a film deposition raw material capable of improving remarkably the deposition rate of a zinc oxide film in an aerosol deposition method.SOLUTION: Zinc oxide powder includes a dopant element and/or a plurality of zinc oxide particles comprising a zinc oxide crystal including oxygen deficiency. The zinc oxide crystal has jointly crystallinity defined by such a property that the half value width of a zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction is ≤0.11°, and easily distortive property defined by such a property that the half value width of the (101) plane peak is increased to a value of three times or more when grinding by a planetary ball mill using an alumina pot and an alumina ball is applied at the rate of 200 rpm for one hour.

Description

本発明は、エアロゾルデポジション法において成膜原料として用いられる酸化亜鉛粉末に関する。   The present invention relates to a zinc oxide powder used as a film forming raw material in an aerosol deposition method.

近年、緻密なセラミックス膜を常温で形成できる手法として、エアロゾルデポジション法(以下、AD法ともいう)が注目されている。このAD法は、エアロゾル化された原料粒子が高速で基板に衝突した際、発生した応力によって粒子が塑性変形し、活性となった粒子表面と基板とのメカノケミカル反応により成膜されると考えられている。したがって、原料粒子は、非特許文献1(明渡純監修、「エアロゾルデポジション法の基礎から応用まで」、シーエムシー出版、2008年6月30日発行、45〜46頁)に記載されている通り、塑性変形し易いものほど成膜性が高いことが知られている。しかしながら、酸化亜鉛は結晶構造的に粒子強度に異方性があることから、塑性変形せずにすべり面方向に脆性破壊が生じやすく、成膜性が悪かった。   In recent years, an aerosol deposition method (hereinafter also referred to as an AD method) has attracted attention as a method capable of forming a dense ceramic film at room temperature. In this AD method, when aerosolized raw material particles collide with the substrate at high speed, the particles are plastically deformed by the generated stress, and the film is formed by mechanochemical reaction between the activated particle surface and the substrate. It has been. Therefore, raw material particles are described in Non-Patent Document 1 (supervised by Jun Akira, “From Basics to Applications of Aerosol Deposition Method”, CMC Publishing, issued June 30, 2008, pages 45-46). As is apparent, it is known that the easier the plastic deformation, the higher the film-forming property. However, since zinc oxide has an anisotropic particle strength in terms of crystal structure, brittle fracture is likely to occur in the slip surface direction without plastic deformation, and film formability is poor.

特許文献1(特開2009−249720号公報)には、間接粉砕型AD法を用いて形成した酸化亜鉛膜について開示されている。この文献では、従来通りのAD成膜に用いる噴出ノズルの他、噴出された粒子を破砕するための粒子を噴出させる噴出ノズルを別途用いることで、粒子を基板に衝突する前に破砕させて、軟らかい樹脂基板の表面に成膜を行うことが提案されている。   Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-249720) discloses a zinc oxide film formed by using an indirect grinding AD method. In this document, in addition to the conventional ejection nozzle used for AD film formation, by separately using an ejection nozzle that ejects particles for crushing the ejected particles, the particles are crushed before colliding with the substrate, It has been proposed to form a film on the surface of a soft resin substrate.

特許文献2(特開2009−087898号公報)には、AD法を用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法が開示されている。この文献では、AD法に用いる原料粉末に機械的粉砕処理を施しているため、原料粉末粒子の結晶性は低いものと解される。   Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-087898) discloses a method for producing an aluminum-doped zinc oxide transparent conductive film using the AD method. In this document, since the raw material powder used in the AD method is mechanically pulverized, it is understood that the raw material powder particles have low crystallinity.

特開2009−249720号公報JP 2009-249720 A 特開2009−087898号公報JP 2009-087898 A

明渡純監修、「エアロゾルデポジション法の基礎から応用まで」、シーエムシー出版、2008年6月30日発行、45〜46頁Supervised by Jun Meido, “From the basics to the application of the aerosol deposition method”, CMC Publishing, published June 30, 2008, pages 45-46

本発明者らは、今般、高い結晶性を有しながらも応力に対する易歪み性をも併せ持つ特有の酸化亜鉛粉末を用いてエアロゾルデポジション法を行うことにより、酸化亜鉛被膜の成膜速度を顕著に向上できるとの知見を得た。   The inventors of the present invention have noticeably increased the deposition rate of a zinc oxide film by performing an aerosol deposition method using a specific zinc oxide powder that has high crystallinity but also has high strain resistance to stress. The knowledge that it can be improved is obtained.

したがって、本発明の目的は、エアロゾルデポジション法における酸化亜鉛被膜の成膜速度を顕著に向上させることが可能な酸化亜鉛粉末を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a zinc oxide powder capable of remarkably improving the deposition rate of the zinc oxide film in the aerosol deposition method.

本発明の一態様によれば、エアロゾルデポジション法において成膜原料として用いられる酸化亜鉛粉末であって、
該酸化亜鉛粉末が、ドーパント元素及び/又は酸素欠損を含む酸化亜鉛結晶からなる複数の酸化亜鉛粒子を含んでなり、
前記酸化亜鉛結晶が、
X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅が0.11°以下であることによって規定される結晶性と、
アルミナポット及びアルミナボールを用いた遊星ボールミルによる粉砕が200rpmで1時間施された場合に前記(101)面ピークの半値幅が3.0倍以上の値に増加することによって規定される易歪み性と
を併せ持つ、酸化亜鉛粉末が提供される。
According to one aspect of the present invention, a zinc oxide powder used as a film forming raw material in an aerosol deposition method,
The zinc oxide powder comprises a plurality of zinc oxide particles composed of zinc oxide crystals containing a dopant element and / or oxygen deficiency,
The zinc oxide crystals are
Crystallinity defined by the half width of the zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction being 0.11 ° or less;
Easily distorted as defined by the fact that the half-width of the (101) plane peak increases to a value of 3.0 times or more when pulverization by a planetary ball mill using an alumina pot and alumina balls is performed at 200 rpm for 1 hour. A zinc oxide powder having the same structure is provided.

本発明の別の一態様によれば、上記態様による酸化亜鉛原料粉末を用いた、エアロゾルデポジション法による酸化亜鉛被膜の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a zinc oxide coating by an aerosol deposition method using the zinc oxide raw material powder according to the above aspect.

本発明の更に別の一態様によれば、上記態様による酸化亜鉛原料粉末の、エアロゾルデポジション法において成膜原料としての使用が提供される。   According to still another aspect of the present invention, there is provided use of the zinc oxide raw material powder according to the above aspect as a film forming raw material in an aerosol deposition method.

X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅を説明する図である。It is a figure explaining the half value width of the zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction. 例1で用いた成膜装置の構成を示す概略模式図である。2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a film forming apparatus used in Example 1. FIG. 例1で得られた試料粉末を撮影したSEM画像である。2 is an SEM image obtained by photographing the sample powder obtained in Example 1. 例8において気流分級により粗大粒子を除去された試料粉末を撮影したSEM画像である。10 is an SEM image obtained by photographing sample powder from which coarse particles have been removed by airflow classification in Example 8.

酸化亜鉛粉末
本発明による酸化亜鉛粉末は、AD法における成膜原料として用いられる酸化亜鉛粉末である。この酸化亜鉛粉末は、ドーパント元素及び/又は酸素欠損を含む酸化亜鉛結晶からなる複数ないし無数の酸化亜鉛粒子を含んでなる。そして、この酸化亜鉛結晶は高い結晶性を有しながらも応力に対する易歪み性を併せ持つ。この高い結晶性は、X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅が0.11°以下であることによって規定される。一方、応力に対する易歪み性は、アルミナポット及びアルミナボールを用いた遊星ボールミルによる粉砕が200rpmで1時間施された場合に前記(101)面ピークの半値幅が3.0倍以上の値に増加することによって規定される。
Zinc oxide powder The zinc oxide powder according to the present invention is a zinc oxide powder used as a film forming raw material in the AD method. This zinc oxide powder comprises a plurality of or innumerable zinc oxide particles composed of zinc oxide crystals containing dopant elements and / or oxygen vacancies. The zinc oxide crystal has high crystallinity but also has easy strain against stress. This high crystallinity is defined by the fact that the half width of the zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction is 0.11 ° or less. On the other hand, the easy strain to stress increases the half-value width of the (101) plane peak to a value of 3.0 times or more when pulverization by a planetary ball mill using an alumina pot and alumina balls is performed at 200 rpm for 1 hour. Is defined by

このように、本発明の酸化亜鉛粉末は高い結晶性を有することを特徴の一つとしている。この特徴は、原料粉末の結晶性が低い方がAD成膜性において有利であると信じられてきた従来の技術常識とは異なるものである。すなわち、非特許文献1にも明示されるように、従来の酸化亜鉛粉末は結晶構造が歪みにくいものであったため、塑性変形せずにすべり面方向に割れ易く、その結果、AD法による成膜を困難なものとしていた。このため、一般的にAD法では、成膜前に酸化亜鉛原料の結晶性を低くしておくことで、ある特定の結晶面での割れが防止され、成膜性が向上するものと考えられてきた。実際、前述した特許文献2においてもAD法に用いる原料粉末に機械的粉砕処理を施しているため、原料粉末粒子の結晶性は低いものと解される。   Thus, the zinc oxide powder of the present invention is characterized by having high crystallinity. This feature is different from conventional technical common sense that it is believed that the lower the crystallinity of the raw material powder is, in AD film formability, the more advantageous. That is, as clearly shown in Non-Patent Document 1, since the conventional zinc oxide powder has a crystal structure that is not easily distorted, it is easily cracked in the direction of the slip surface without plastic deformation. It was difficult. For this reason, it is generally considered that in the AD method, by reducing the crystallinity of the zinc oxide raw material before film formation, cracking at a specific crystal plane is prevented and film formation is improved. I came. In fact, in Patent Document 2 described above, since the raw material powder used in the AD method is mechanically pulverized, it is understood that the crystallinity of the raw material powder particles is low.

しかしながら、本発明者らの今般の知見によれば、成膜前の時点で原料粉末粒子の結晶性が低い場合には塑性変形が困難となるため、結晶性はむしろ高い方が好ましい。すなわち、本発明者らは、成膜前の結晶性が高く、かつ、その結晶性が機械的粉砕等の応力によって著しく低下する原料であるほど、成膜速度が高いとの知見を得た。この知見に基づき、機械的粉砕を行った場合にその前後で粒子の結晶性変化が大きい粉末ほど、成膜速度が向上する(すなわち、基板への衝突時に粒子が塑性変形して基板に密着しやすくなる)ものと本発明者らは考えた。本発明は、この粉砕前後での粒子の結晶性変化が大きいという特性を、X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅が0.11°以下であることと、所定条件の遊星ボールミル粉砕が施された場合に(101)面ピークの半値幅が3.0倍以上の値に増加することの両方を満たすことによって特定したものである。すなわち、前者の半値幅は結晶性が高いことを意味する一方、後者の半値幅増加率は応力に対して結晶構造が歪み易い(すなわち結晶性が低下し易い)ことを意味することから、両方の性質を併せ持つことで粉砕前後における粒子の結晶性変化量が大きくなり、その結果、塑性変形が生じ易くなり、成膜速度が向上する。   However, according to the present knowledge of the present inventors, when the crystallinity of the raw material powder particles is low before the film formation, plastic deformation becomes difficult, so that the crystallinity is preferably higher. That is, the present inventors have found that the film forming rate is higher as the raw material has higher crystallinity before film formation and whose crystallinity is significantly reduced by stress such as mechanical crushing. Based on this knowledge, when the mechanical pulverization is performed, the powder with the larger change in crystallinity of the particles before and after the film improves the film-forming speed (that is, the particles are plastically deformed and collide with the substrate at the time of collision with the substrate). The present inventors thought that this would be easier. The present invention is characterized in that the crystallinity change of the particles before and after the pulverization is large, that the half width of the zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction is 0.11 ° or less, and a planetary ball mill under predetermined conditions. It is specified by satisfying both that the half width of the (101) plane peak increases to a value of 3.0 times or more when pulverization is performed. That is, the former half-width means that the crystallinity is high, while the latter half-width increase rate means that the crystal structure tends to be distorted with respect to stress (ie, the crystallinity is likely to decrease). In addition, the amount of change in crystallinity of the particles before and after pulverization increases, and as a result, plastic deformation is likely to occur, and the film formation rate is improved.

このように、本発明の酸化亜鉛粉末を構成する酸化亜鉛結晶は、X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅が0.11°以下であり、好ましくは0.08°以下であり、より好ましくは0.075°以下である。このような小さい半値幅は結晶性が高いことを意味する。この半値幅は、例えば、X線回折装置(BrukerAX製)により、管電流40mA、管電圧40kV、受光スリット0.2mm、発散スリット0.6°、散乱スリット0.6°、及びソーラースリット4°の条件でX線回折を行い、得られた酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定することにより行うことができる。その際、半値幅は、XRDプロファイルの酸化亜鉛(101)ピークに対して、平滑化、バックグラウンド除去、Kα2ピークの除去を行った後、図1に示されるようにピークの最大値の1/2の強度となる位置でピーク形状を切ったときの横幅を求めることにより決定することができる。   Thus, in the zinc oxide crystal constituting the zinc oxide powder of the present invention, the half width of the zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction is 0.11 ° or less, preferably 0.08 ° or less. More preferably, it is 0.075 ° or less. Such a small half width means that the crystallinity is high. This half-value width is obtained by, for example, using an X-ray diffractometer (manufactured by Bruker AX) with a tube current of 40 mA, a tube voltage of 40 kV, a light receiving slit of 0.2 mm, a divergence slit of 0.6 °, a scattering slit of 0.6 °, and a solar slit of 4 °. X-ray diffraction can be carried out under the above conditions, and the half width of the obtained zinc oxide (101) peak can be measured. At that time, the half width is 1 / of the maximum value of the peak as shown in FIG. 1 after smoothing, background removal, and Kα2 peak removal for the zinc oxide (101) peak of the XRD profile. It can be determined by obtaining the lateral width when the peak shape is cut at a position where the intensity is 2.

また、本発明の酸化亜鉛粉末を構成する酸化亜鉛結晶は、上記所定条件の遊星ボールミル粉砕が施された場合に(101)面ピークの半値幅増加率が3.0倍以上であり、好ましくは4.0倍以上であり、さらに好ましくは4.5〜6.0倍である。このように高い半値幅増加率は応力に対して結晶構造が歪み易いことを意味する。遊星ボールミルによる粉砕は、例えば、アルミナ99.5%ポット(500ml)、φ10mmアルミナボール(99.9%)400gを用いた遊星ボールミルに、試料粉末100gを投入して、回転速度200rpmで1時間粉砕することに行うことができる。(101)面ピークの半値幅増加率は、粉砕後の試料粉末に対して、上記同様にしてX線回折装置を用いて酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定し、予め測定しておいた粉砕前の酸化亜鉛(101)ピークの半値幅に対する比を求めることにより決定することができる。   Further, the zinc oxide crystal constituting the zinc oxide powder of the present invention has a (101) plane peak half-width increase rate of 3.0 times or more when subjected to planetary ball milling under the above-mentioned predetermined conditions, preferably It is 4.0 times or more, More preferably, it is 4.5 to 6.0 times. Such a high half-value width increase rate means that the crystal structure is easily distorted with respect to stress. For example, 100 g of sample powder is put into a planetary ball mill using 99.5% pot (500 ml) of alumina and 400 g of φ10 mm alumina balls (99.9%), and pulverized for 1 hour at a rotation speed of 200 rpm. Can be done to The half-width increase rate of the (101) plane peak was measured in advance by measuring the half-width of the zinc oxide (101) peak using an X-ray diffractometer in the same manner as described above for the crushed sample powder. It can be determined by determining the ratio of the zinc oxide (101) peak before crushing to the half width.

本発明の酸化亜鉛粉末を構成する酸化亜鉛結晶は、ドーパント元素及び/又は酸素欠損を含む。ドーパント元素及び/又は酸素欠損の存在が、上述した半値幅増加率によって規定される易歪み性を可能とする。すなわち、ドーパント元素が固溶した酸化亜鉛粉末は価数やイオン半径の異なる原子が固溶することで結晶中に空孔や歪が形成されるため、結晶構造が歪み易くなる。酸素欠損量が多い粉末もまた同様に結晶構造が歪み易く結晶性がより低下しやすいと考えられる。したがって、ドーパント元素及び酸素欠損はいずれも上述した易歪み性を与えうるものであればその種類、存在位置及び量は特に限定されない。そして、成膜前の結晶性が高く、かつ、結晶構造が歪み易い酸化亜鉛粉末は、応力を受けた際に脆性破壊されることなく塑性変形するため、容易に成膜できるようになり、成膜速度が向上すると考えられる。   The zinc oxide crystal constituting the zinc oxide powder of the present invention contains a dopant element and / or oxygen deficiency. The presence of the dopant element and / or oxygen vacancies allows for easy strain as defined by the half-width increase rate described above. That is, in the zinc oxide powder in which the dopant element is dissolved, since atoms having different valences and ionic radii are dissolved, vacancies and strains are formed in the crystal, so that the crystal structure is easily distorted. Similarly, a powder having a large amount of oxygen vacancies is also likely to be easily distorted in crystal structure and lower in crystallinity. Therefore, the type, location and amount of the dopant element and oxygen vacancies are not particularly limited as long as they can give the above-described easy strain. In addition, since zinc oxide powder having high crystallinity before film formation and crystal structure is easily distorted undergoes plastic deformation without being brittle fractured when subjected to stress, it becomes possible to form a film easily. It is thought that the film speed is improved.

本発明の好ましい態様によれば、酸化亜鉛結晶はドーパント元素を含む。ドーパント元素の好ましい例としては、アルミニウム、ガリウム、インジウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、コバルト、リチウム、マンガン、鉄、銅、及びこれらの任意の組合せが挙げられ、より好ましくはアルミニウムである。これらのドーパント元素は、結晶構造を歪み易くするだけでなく、酸化亜鉛被膜の導電性を向上することもできる。ドーパント元素は、酸化亜鉛粒子中に0.01〜1モル%の量で固溶されてなるのが好ましく、より好ましくは0.1〜0.8モル%であり、さらに好ましくは0.2〜0.6モル%である。この態様による酸化亜鉛粉末は、素原料としての酸化亜鉛粉末と、ドーパント元素含有化合物の粉末とを所定の比率で混合し、得られた混合粉末を焼成し、所望により焼成後の粉末を粉砕して粒度調整することにより好ましく作製することができる。混合粉末の焼成は、大気中1100〜1500℃で1〜10時間行われるのが好ましく、より好ましい焼成温度は1250〜1500℃であり、さらに好ましくは1300〜1450℃である。また、焼成後に粉砕を行った場合には、粉砕後の粉末を熱処理することにより、粉砕によって低下した結晶性を回復させるのが好ましく、そのための熱処理は大気中600〜1000℃で0.5〜10時間行われるのが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, the zinc oxide crystal contains a dopant element. Preferred examples of the dopant element include aluminum, gallium, indium, titanium, silicon, magnesium, cobalt, lithium, manganese, iron, copper, and any combination thereof, and more preferably aluminum. These dopant elements not only make the crystal structure easily distorted but also improve the conductivity of the zinc oxide coating. The dopant element is preferably solid-dissolved in the zinc oxide particles in an amount of 0.01 to 1 mol%, more preferably 0.1 to 0.8 mol%, still more preferably 0.2 to 0.6 mol%. The zinc oxide powder according to this aspect is prepared by mixing zinc oxide powder as a raw material and a powder of a dopant element-containing compound at a predetermined ratio, firing the obtained mixed powder, and optionally pulverizing the fired powder. Thus, it can be preferably prepared by adjusting the particle size. The mixed powder is preferably fired in the atmosphere at 1100 to 1500 ° C. for 1 to 10 hours, more preferably 1250 to 1500 ° C., and further preferably 1300 to 1450 ° C. In addition, when pulverization is performed after firing, it is preferable to recover the crystallinity reduced by pulverization by heat-treating the powder after pulverization. It is preferably performed for 10 hours.

本発明の別の好ましい態様によれば、酸化亜鉛結晶は酸素欠損を含む。酸素欠損は定量測定が困難なものであるが、フォトルミネッセンス測定における緑色発光強度によって欠損量を相対的に比較することは可能である。この態様による酸化亜鉛粉末は、素原料としての酸化亜鉛粉末を低酸素雰囲気下で熱処理し、所望により熱処理後の粉末を粉砕して粒度調整することにより好ましく作製することができる。低酸素雰囲気の例としては、真空、不活性ガス、還元性ガス、及びそれらの組合せが挙げられる。不活性ガスの好ましい例としては、アルゴン、窒素等が挙げられる。還元性ガスの好ましい例としては水素ガスが挙げられる。低酸素雰囲気下での熱処理は900〜1200℃で行われるのが好ましい。
また、焼成後に粉砕を行った場合には、粉砕後の粉末を熱処理することにより、粉砕によって低下した結晶性を回復させるのが好ましく、そのための熱処理は大気中600〜1000℃で0.5〜10時間行われるのが好ましい。
According to another preferred embodiment of the present invention, the zinc oxide crystal contains oxygen vacancies. Oxygen deficiency is difficult to quantitatively measure, but it is possible to relatively compare the deficit amount by the green emission intensity in the photoluminescence measurement. The zinc oxide powder according to this embodiment can be preferably produced by heat-treating zinc oxide powder as a raw material in a low oxygen atmosphere, and optionally pulverizing the powder after heat treatment to adjust the particle size. Examples of low oxygen atmospheres include vacuum, inert gas, reducing gas, and combinations thereof. Preferable examples of the inert gas include argon and nitrogen. A preferred example of the reducing gas is hydrogen gas. The heat treatment in a low oxygen atmosphere is preferably performed at 900 to 1200 ° C.
In addition, when pulverization is performed after firing, it is preferable to recover the crystallinity reduced by pulverization by heat-treating the powder after pulverization. It is preferably performed for 10 hours.

本発明の更に別の好ましい態様によれば、酸化亜鉛結晶はドーパント元素及び酸素欠損の両方を含むものであってもよい。この態様による酸化亜鉛粉末の製造は、上述したドーパント元素を含む態様による製造方法と酸素欠損を含む態様による製造方法とを適宜組み合わせることにより行うことができる。   According to still another preferred embodiment of the present invention, the zinc oxide crystal may contain both a dopant element and an oxygen vacancy. The production of the zinc oxide powder according to this aspect can be performed by appropriately combining the production method according to the aspect containing the dopant element described above and the production method according to the aspect containing oxygen deficiency.

本発明による酸化亜鉛粉末は、体積基準D50平均粒径が1.0μm以上であるのが好ましく、より好ましくは1.5μm以上であり、さらに好ましくは3.0〜5.0μmである。このような粒径であるとAD法における成膜速度が向上する。この体積基準D50平均粒径は、粒度分布測定装置によって測定することができる。   The zinc oxide powder according to the present invention preferably has a volume-based D50 average particle diameter of 1.0 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and further preferably 3.0 to 5.0 μm. With such a particle size, the film formation rate in the AD method is improved. This volume reference D50 average particle diameter can be measured by a particle size distribution measuring apparatus.

本発明による酸化亜鉛粉末は、気流分級処理により粗大粒子側の粉末が除去されてなるのが成膜速度を更に向上できる点で好ましい。この成膜速度の向上は、気流分級処理の結果、1)成膜を阻害する粗大粒子が除去されること、2)成膜粒子径が均質化されること、3)粉末凝集が解けること等によって実現されるものと考えられる。このように粗大粒子側の粉末が除去されてなる酸化亜鉛粉末は、10μm以下の体積基準D95粒径を有するのが好ましく、より好ましくは2.0〜9.0μm、さらに好ましくは4.5〜8.0μmの体積基準D95粒径を有する。   In the zinc oxide powder according to the present invention, it is preferable that the powder on the coarse particle side is removed by airflow classification treatment because the film forming speed can be further improved. As a result of the airflow classification process, this improvement in film formation speed is achieved by 1) removing coarse particles that obstruct film formation, 2) homogenizing the film formation particle diameter, and 3) solving powder aggregation. It is thought that it is realized by. The zinc oxide powder obtained by removing the powder on the coarse particle side in this way preferably has a volume-based D95 particle size of 10 μm or less, more preferably 2.0 to 9.0 μm, and even more preferably 4.5 to It has a volume based D95 particle size of 8.0 μm.

このような本発明による酸化亜鉛粉末を成膜原料として用いてAD法を行うことで、顕著に高い成膜速度で酸化亜鉛膜を製造することができる。   By performing the AD method using the zinc oxide powder according to the present invention as a film forming raw material, a zinc oxide film can be manufactured at a significantly high film forming rate.

本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。   The present invention is more specifically described by the following examples.

例1
(1)酸化亜鉛粉末の作製
酸化亜鉛1種粉末(正同化学工業(株)製、体積基準D50:0.8μm)と、酸化アルミニウム粉末(住友化学工業(株)製、AKP−20(体積基準D50:0.5μm))とをアルミニウムのモル比率が0.5mol%となるように秤量した。この混合粉末をポットミルにおいてφ2mmのジルコニアボールを使用して24時間湿式混合した。得られた混合粉末を大気中1400℃で5時間焼成した。次に、合成された粉末を体積基準D50が2〜3μm、より正確には2.6μmとなるようにポットミルにてφ2mmのジルコニアボールを使用して4〜6時間湿式粉砕した。粉砕後、粉末を大気中950℃で熱処理することにより、粉砕によって低下した結晶性を回復させた。こうしてアルミニウムを0.5mol%含む酸化亜鉛粉末を試料粉末として得た。得られた試料粉末をSEMで観察したところ図3に示される画像が得られた。
Example 1
(1) Production of zinc oxide powder Zinc oxide type 1 powder (manufactured by Shodo Chemical Industry Co., Ltd., volume standard D50: 0.8 μm) and aluminum oxide powder (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP-20 (volume) Standard D50: 0.5 μm)) was weighed so that the molar ratio of aluminum was 0.5 mol%. This mixed powder was wet-mixed in a pot mill using φ2 mm zirconia balls for 24 hours. The obtained mixed powder was fired at 1400 ° C. for 5 hours in the air. Next, the synthesized powder was wet-ground for 4 to 6 hours using a zirconia ball having a diameter of 2 mm in a pot mill so that the volume standard D50 was 2 to 3 μm, more precisely 2.6 μm. After pulverization, the powder was heat-treated in the atmosphere at 950 ° C. to recover the crystallinity lowered by pulverization. Thus, a zinc oxide powder containing 0.5 mol% of aluminum was obtained as a sample powder. When the obtained sample powder was observed with SEM, the image shown in FIG. 3 was obtained.

(2)酸化亜鉛粉末の評価
得られた試料粉末に対して以下のとおり各種評価を行った。
(2) Evaluation of zinc oxide powder Various evaluations were performed on the obtained sample powder as follows.

評価1:平均粒径
レーザー回折・散乱式粒度分析計(日機装製Microtrac MT3300 EXII)にて湿式で試料粉末の粒度分布を測定して、体積基準D50平均粒径を求めたところ、試料粉末の体積基準D50平均粒径は2〜3μm、より正確には2.6μmであり、体積基準D95粒径は81.0μmであった。
Evaluation 1 : Average particle size The particle size distribution of the sample powder was measured by a wet method using a laser diffraction / scattering particle size analyzer (Microtrac MT3300 EXII manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the volume-based D50 average particle size was determined. The standard D50 average particle size was 2-3 μm, more precisely 2.6 μm, and the volume standard D95 particle size was 81.0 μm.

評価2:結晶性
試料粉末の結晶性を、X線回折装置(BrukerAX製)により、管電流40mA、管電圧40kV、受光スリット0.2mm、発散スリット0.6°、散乱スリット0.6°、及びソーラースリット4°の条件で測定した。得られた酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定することにより、粉末の結晶性を評価した。この半値幅は、XRDプロファイルの酸化亜鉛(101)ピークに対して、平滑化、バックグラウンド除去、Kα2ピークの除去を行った後、図1に示されるようにピークの最大値の1/2の強度となる位置でピーク形状を切ったときの横幅を求めることにより決定した。結果は表1に示されるとおり0.072°であった。
Evaluation 2 : Crystallinity The crystallinity of the sample powder was measured using an X-ray diffractometer (manufactured by Bruker AX) with a tube current of 40 mA, a tube voltage of 40 kV, a light receiving slit of 0.2 mm, a divergence slit of 0.6 °, a scattering slit of 0.6 °, And it measured on the conditions of solar slit 4 degrees. The crystallinity of the powder was evaluated by measuring the half width of the obtained zinc oxide (101) peak. The full width at half maximum is 1/2 of the maximum value of the peak as shown in FIG. 1 after smoothing, background removal, and Kα2 peak removal for the zinc oxide (101) peak of the XRD profile. It was determined by determining the lateral width when the peak shape was cut at a position where the strength was reached. The result was 0.072 ° as shown in Table 1.

評価3:易歪み性
試料粉末の結晶の歪み易さを評価するために、試料粉末に対して遊星ボールミルによる粉砕を行った。具体的には、アルミナ99.5%ポット(500ml)、φ10mmアルミナボール(99.9%)400gを用いた遊星ボールミルに、試料粉末100gを投入して、回転速度200rpmで1時間粉砕した。粉砕後の試料粉末に対して、評価2と同様にしてX線回折装置を用いて酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、表1に示されるとおり0.346°となった。この値は、評価2で得られた半値幅0.072°の4.8倍であり、遊星ボールミル処理の前後で半値幅が大幅に増加していた。
Evaluation 3 : Easy distortion In order to evaluate the ease of distortion of the crystal of the sample powder, the sample powder was pulverized by a planetary ball mill. Specifically, 100 g of the sample powder was put into a planetary ball mill using 99.5% pot (500 ml) of alumina and 400 g of φ10 mm alumina balls (99.9%), and pulverized for 1 hour at a rotation speed of 200 rpm. When the half width of the zinc oxide (101) peak was measured for the crushed sample powder using an X-ray diffractometer in the same manner as in Evaluation 2, it was 0.346 ° as shown in Table 1. This value was 4.8 times the half width of 0.072 ° obtained in Evaluation 2, and the half width was significantly increased before and after the planetary ball mill treatment.

(3)AD法による酸化亜鉛膜の作製
得られた試料粉末を用い、図2に示される成膜装置20により酸化亜鉛膜の作製を行った。図2に示される成膜装置20は、大気圧より低い気圧の雰囲気下で原料粉末を基板上に噴射するAD法に用いられる装置として構成されている。この成膜装置20は、原料成分を含む原料粉末のエアロゾルを生成するエアロゾル生成部22と、原料粉末を基板21に噴射して原料成分を含む膜を形成する成膜部30とを備えている。エアロゾル生成部22は、原料粉末を収容し図示しないガスボンベからのキャリアガスの供給を受けてエアロゾルを生成するエアロゾル生成室23と、生成したエアロゾルを成膜部30へ供給する原料供給管24と、エアロゾル生成室23及びその中のエアロゾルに10〜100Hzの振動数で振動が付与する加振器25とを備えている。成膜部30は、基板21にエアロゾルを噴射する成膜チャンバ32と、成膜チャンバ32の内部に配設され基板21を固定する基板ホルダ34と、基板ホルダ34をX軸−Y軸方向に移動するX−Yステージ33とを備えている。また、成膜部30は、先端にスリット37が形成されエアロゾルを基板21へ噴射する噴射ノズル36と、成膜チャンバ32を減圧する真空ポンプ38とを備えている。この成膜装置20は、成膜チャンバ32内に加熱装置や耐熱部材等を設けて原料粉末を加熱できるように構成されてもよい。例えば、原料粉末が単結晶化する温度での加熱処理を行えるように石英ガラスやセラミックス等の耐熱部材を用いてもよい。
(3) Production of Zinc Oxide Film by AD Method Using the obtained sample powder, a zinc oxide film was produced by the film forming apparatus 20 shown in FIG. A film forming apparatus 20 shown in FIG. 2 is configured as an apparatus used for the AD method in which a raw material powder is injected onto a substrate in an atmosphere at a pressure lower than atmospheric pressure. The film forming apparatus 20 includes an aerosol generating unit 22 that generates an aerosol of a raw material powder containing a raw material component, and a film forming unit 30 that sprays the raw material powder onto a substrate 21 to form a film containing the raw material component. . The aerosol generation unit 22 contains a raw material powder, receives an supply of a carrier gas from a gas cylinder (not shown), generates an aerosol, a raw material supply pipe 24 that supplies the generated aerosol to the film forming unit 30, and An aerosol generation chamber 23 and a vibrator 25 that applies vibration to the aerosol in the aerosol generation chamber 23 at a frequency of 10 to 100 Hz are provided. The film forming unit 30 includes a film forming chamber 32 that injects aerosol onto the substrate 21, a substrate holder 34 that is disposed inside the film forming chamber 32 and fixes the substrate 21, and the substrate holder 34 in the X axis-Y axis direction. And an XY stage 33 that moves. The film forming unit 30 includes a spray nozzle 36 that has a slit 37 formed at the tip thereof and sprays aerosol onto the substrate 21, and a vacuum pump 38 that decompresses the film forming chamber 32. The film forming apparatus 20 may be configured to heat the raw material powder by providing a heating device, a heat-resistant member, or the like in the film forming chamber 32. For example, a heat-resistant member such as quartz glass or ceramics may be used so that heat treatment can be performed at a temperature at which the raw material powder is single-crystallized.

成膜装置20による酸化亜鉛膜の作製条件は以下のとおりとした。基板としては、ZnO単結晶基板(10mm×10mm平方、厚さ0.5mm、c面)を用いた。また、キャリアガスとして流量6L/minの窒素ガスを使用し、成膜チャンバ内の圧力が0.1〜0.2kPa、エアロゾル化室の圧力を50〜70kPaになるように調整して、成膜を行った。その際、ノズルの開口サイズは10×0.8mmとし、ノズルの短辺方向に走査距離12mm、走査速度1mm/secで60往復分、成膜と同時に走査させた。こうして、酸化亜鉛膜を得た。   The conditions for producing the zinc oxide film by the film forming apparatus 20 were as follows. As the substrate, a ZnO single crystal substrate (10 mm × 10 mm square, thickness 0.5 mm, c-plane) was used. Further, nitrogen gas having a flow rate of 6 L / min is used as a carrier gas, and the pressure in the film forming chamber is adjusted to 0.1 to 0.2 kPa, and the pressure in the aerosol chamber is adjusted to 50 to 70 kPa to form a film. Went. At that time, the opening size of the nozzle was 10 × 0.8 mm, and scanning was performed simultaneously with the film formation for 60 reciprocations at a scanning distance of 12 mm and a scanning speed of 1 mm / sec in the short side direction of the nozzle. In this way, a zinc oxide film was obtained.

(4)成膜速度の評価
上記成膜の際、基板の一部にマスキングを施すことで基板上に成膜部と非成膜部とを形成し、成膜部と非成膜部との段差を測定することにより酸化亜鉛膜の厚さを求めた。膜厚の測定は、小型形状粗さ測定機(Taylor−Hobson社製、「Form Talysurf plus」)を使用して行った。形成された酸化亜鉛膜は厚さ14μmであった。なお、後述するように様々な試料に同じ成膜条件で酸化亜鉛膜を作製し、その膜厚を測定し比較することにより、成膜速度を相対的に評価することができる。すなわち、成膜条件が同じ場合、膜厚が大きいほど成膜速度が高いものと評価できる。
(4) Evaluation of film formation speed During the film formation, a part of the substrate is masked to form a film forming part and a non-film forming part on the substrate. The thickness of the zinc oxide film was determined by measuring the step. The film thickness was measured using a small shape roughness measuring machine (Taylor-Hobson, “Form Talysurf plus”). The formed zinc oxide film had a thickness of 14 μm. As will be described later, by forming zinc oxide films on various samples under the same film formation conditions, and measuring and comparing the film thicknesses, the film formation rate can be relatively evaluated. That is, when the film formation conditions are the same, it can be evaluated that the film formation rate is higher as the film thickness is larger.

例2
酸化アルミニウム粉末の配合割合を変えたこと以外は例1と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。得られた試料粉末は、アルミニウムを0.4mol%含み、体積基準D50平均粒径が2〜4μm、より正確には2.6μmの酸化亜鉛粉末であった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ6μmの酸化亜鉛膜が得られた。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.082°、ミル処理後は0.328°となり、ミル処理前後で半値幅が4.0倍増加していた。
Example 2
A zinc oxide powder was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio of the aluminum oxide powder was changed. The obtained sample powder was a zinc oxide powder containing 0.4 mol% of aluminum and having a volume-based D50 average particle diameter of 2 to 4 μm, more precisely 2.6 μm. When this sample powder was used for film formation under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 6 μm was obtained. Moreover, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.082 ° before milling and 0.328 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased by 4.0 times before and after milling.

例3
酸化アルミニウム粉末の配合割合を変えたこと以外は例1と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。得られた試料粉末は、アルミニウムを0.2mol%含み、体積基準D50平均粒径が2〜4μm、より正確には2.6μmの酸化亜鉛粉末であった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ2μmの酸化亜鉛膜が得られた。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.102°、ミル処理後は0.316°となり、ミル処理前後で半値幅が3.1倍増加していた。
Example 3
A zinc oxide powder was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio of the aluminum oxide powder was changed. The obtained sample powder was zinc oxide powder containing 0.2 mol% of aluminum and having a volume-based D50 average particle diameter of 2 to 4 μm, more precisely 2.6 μm. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 2 μm was obtained. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after the planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.102 ° before milling and 0.316 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 3.1 times before and after milling.

例4(比較)
大気中950℃での熱処理による結晶性の回復を行わなかったこと以外は例1と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。得られた試料粉末は、アルミニウムを0.5mol%含み、体積基準D50平均粒径が2〜4μm、より正確には2.6μmの酸化亜鉛粉末であった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ0.2μmの酸化亜鉛膜が得られた。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.161°、ミル処理後は0.323°となり、ミル処理前後で半値幅が2.0倍増加していた。
Example 4 (Comparison)
Zinc oxide powder was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the crystallinity was not recovered by heat treatment at 950 ° C. in the air. The obtained sample powder was a zinc oxide powder containing 0.5 mol% of aluminum and having a volume-based D50 average particle diameter of 2 to 4 μm, more precisely 2.6 μm. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 0.2 μm was obtained. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after the planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.161 ° before the milling and 0.323 ° after the milling. Thus, the full width at half maximum increased 2.0 times before and after milling.

例5(比較)
酸化アルミニウムを加えなかったこと以外は例1と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。得られた試料粉末は、異種元素がドープされておらず、平均粒径が2〜4μm、より正確には2.6μmの酸化亜鉛粉末であった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ0.2μmの酸化亜鉛膜が得られた。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.098°、ミル処理後は0.248°となり、ミル処理前後で半値幅が2.5倍増加していた。
Example 5 (Comparison)
Zinc oxide powder was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that no aluminum oxide was added. The obtained sample powder was a zinc oxide powder not doped with a different element and having an average particle diameter of 2 to 4 μm, more precisely 2.6 μm. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 0.2 μm was obtained. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.098 ° before milling and 0.248 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 2.5 times before and after milling.

例6(比較)
結晶性回復のための熱処理温度を700℃としたこと以外は例5と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。得られた試料粉末は、異種元素がドープされていない、平均粒径が2〜4μm、より正確には2.6μmの酸化亜鉛粉末であった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を試みたが、成膜不可能であった。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.125°、ミル処理後は0.225°となり、ミル処理前後で半値幅が1.8倍増加していた。
Example 6 (Comparison)
Zinc oxide powder was prepared and evaluated in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature for crystallinity recovery was 700 ° C. The obtained sample powder was a zinc oxide powder not doped with a different element and having an average particle diameter of 2 to 4 μm, more precisely 2.6 μm. Using this sample powder, film formation was attempted under the same conditions as in Example 1, but film formation was impossible. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after the planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.125 ° before milling and 0.225 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 1.8 times before and after milling.

例7(比較)
市販の酸化亜鉛粉末(堺化学工業(株)製、LP−ZINC5)を、体積基準D50が2〜3μm、より正確には2.6μmとなるように、φ2mmのジルコニアボールを用いたポットミルにおいて3時間湿式粉砕した。得られた試料粉末は、熱処理による結晶性回復が施されていないものであり、異種元素がドープされていない、平均粒径が2〜3μm、より正確には2.6μmの酸化亜鉛粉末である。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を試みたが、成膜不可能であった。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.184°、ミル処理後は0.254°となり、ミル処理前後で半値幅が1.4倍増加していた。
Example 7 (Comparison)
Commercially available zinc oxide powder (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., LP-ZINC5) in a pot mill using zirconia balls with a diameter of 2 mm so that the volume standard D50 is 2 to 3 μm, more precisely 2.6 μm. Wet milled for hours. The obtained sample powder has not been subjected to crystallinity recovery by heat treatment, and is a zinc oxide powder not doped with a different element and having an average particle diameter of 2 to 3 μm, more precisely 2.6 μm. . Using this sample powder, film formation was attempted under the same conditions as in Example 1, but film formation was impossible. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after the planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.184 ° before milling and 0.254 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 1.4 times before and after milling.

例8:粉末の気流分級処理
例1で熱処理して得られた粉末に対して気流分級処理を行った。この気流分級処理は、精密空気分級機(日清エンジニアリング社製、TURBO CLASSIFIER TC−15NSC)を使用して、風量2.5m/min及びローター回転数5460rpmの条件で行った。分級された粉末の内、微粉側の粉末に対してレーザー回折・散乱式粒度分析計で粒度分布測定を実施したところ、例1で僅かに含有していた粗大粒子が除去され、体積基準D50平均粒径が2.4μm、体積基準D95粒径が5.0μmとなった。こうして粗大粒子が除去された粉末のSEM画像が図4に示される。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ18μmの酸化亜鉛膜が得られた。この膜厚は例1による膜(厚さ14μm)よりも厚いことから、気流分級処理により粗大粒子が除去された粉末を用いることで成膜速度が更に向上することが分かる。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、表2に示される通り、ミル処理前は0.071°、ミル処理後は0.345°となり、ミル処理前後で半値幅が4.9倍増加していた。
Example 8 : Airflow classification treatment of powder The airflow classification treatment was performed on the powder obtained by heat treatment in Example 1. This air flow classification treatment was performed using a precision air classifier (Nisshin Engineering Co., Ltd., TURBO CLASSIFIER TC-15NSC) under conditions of an air volume of 2.5 m 3 / min and a rotor rotational speed of 5460 rpm. Of the classified powders, the particle size distribution measurement was performed on the fine powder side powder with a laser diffraction / scattering particle size analyzer. As a result, coarse particles slightly contained in Example 1 were removed, and the volume-based D50 average was removed. The particle size was 2.4 μm, and the volume standard D95 particle size was 5.0 μm. FIG. 4 shows an SEM image of the powder from which coarse particles have been removed. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 18 μm was obtained. Since this film thickness is thicker than the film according to Example 1 (thickness: 14 μm), it can be seen that the film formation speed is further improved by using the powder from which coarse particles have been removed by the airflow classification process. Further, the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after planetary ball milling in the same manner as in Example 1. As shown in Table 2, 0.071 ° before milling, After the treatment, it was 0.345 °, and the half-value width increased 4.9 times before and after the mill treatment.

例9:粉末の気流分級処理
ポットミルによる粉砕時間を3〜4時間とすることで、粉末熱処理後及び気流分級後の体積基準D50平均粒径を3.5μmとしたこと以外は例8と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。この粉末の体積基準D95粒径は7.8μmであり、10μm以上の粗大粒子はほとんど含まれていなかった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ22μmの酸化亜鉛膜が得られた。この膜厚は例1による膜(厚さ14μm)よりも厚いことから、気流分級処理により粗大粒子が除去された粉末を用いることで成膜速度が更に向上することが分かる。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.079°、ミル処理後は0.335°となり、ミル処理前後で半値幅が4.2倍増加していた。
Example 9 : Powder airflow classification treatment As in Example 8, except that the pulverization time by a pot mill is 3 to 4 hours, and the volume-based D50 average particle diameter after powder heat treatment and airflow classification is 3.5 μm. The zinc oxide powder was prepared and evaluated. This powder had a volume-based D95 particle size of 7.8 μm and contained almost no coarse particles of 10 μm or more. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 22 μm was obtained. Since this film thickness is thicker than the film according to Example 1 (thickness: 14 μm), it can be seen that the film formation speed is further improved by using the powder from which coarse particles have been removed by the airflow classification process. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.079 ° before milling and 0.335 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 4.2 times before and after milling.

例10
ポットミルによる粉砕時間を10〜12時間とし、粉末熱処理後及び気流分級後の体積基準D50平均粒径を1.2μmとしたこと以外は例8と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。この粉末の体積基準D95粒径は3.7μmであり、またSEM観察からも10μm以上の粗大粒子はほとんど含まれていなかった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ4μmの酸化亜鉛膜が得られた。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.096°、ミル処理後は0.302°となり、ミル処理前後で半値幅が3.1倍増加していた。
Example 10
Preparation and evaluation of zinc oxide powder were carried out in the same manner as in Example 8, except that the grinding time by the pot mill was 10 to 12 hours, and the volume-based D50 average particle size after powder heat treatment and airflow classification was 1.2 μm. It was. The volume-based D95 particle size of this powder was 3.7 μm, and coarse particles of 10 μm or more were hardly contained from SEM observation. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a 4 μm thick zinc oxide film was obtained. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after the planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.096 ° before milling and 0.302 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 3.1 times before and after milling.

例11(比較)
気流分級処理を行わなかったこと以外は例10と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。この粉末の体積基準D50平均粒径は1.7μmであり、体積基準D95粒径は88.9μmと少量の粗大粒子を含んでいた。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を行ったところ、厚さ1.5μmの酸化亜鉛膜が得られた。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.104°、ミル処理後は0.304°となり、ミル処理前後で半値幅が2.9倍増加していた。
Example 11 (Comparison)
Zinc oxide powder was prepared and evaluated in the same manner as in Example 10 except that the airflow classification treatment was not performed. This powder had a volume-based D50 average particle size of 1.7 μm and a volume-based D95 particle size of 88.9 μm, which contained a small amount of coarse particles. When this sample powder was used to form a film under the same conditions as in Example 1, a zinc oxide film having a thickness of 1.5 μm was obtained. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.104 ° before milling and 0.304 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 2.9 times before and after milling.

例12(比較)
大気中950℃での熱処理による結晶性の回復を行わなかったこと以外は例10と同様にして、酸化亜鉛粉末の作製及び評価を行った。この粉末の体積基準D50平均粒径は1.2μm、体積基準D95粒径は2.9μmと10μm以上の粗大粒子はほとんど含まれていなかった。この試料粉末を用いて例1と同じ条件で成膜を試みたが、成膜不可能であった。また、遊星ボールミル粉砕の前後における試料粉末に対して、例1と同様に酸化亜鉛(101)ピークの半値幅を測定したところ、ミル処理前は0.195°、ミル処理後は0.308°となり、ミル処理前後で半値幅が1.6倍増加していた。
Example 12 (Comparison)
Zinc oxide powder was prepared and evaluated in the same manner as in Example 10 except that the crystallinity was not recovered by heat treatment at 950 ° C. in the air. This powder had a volume-based D50 average particle size of 1.2 μm, and a volume-based D95 particle size of 2.9 μm and almost no coarse particles of 10 μm or more. Using this sample powder, film formation was attempted under the same conditions as in Example 1, but film formation was impossible. Further, when the half width of the zinc oxide (101) peak was measured on the sample powder before and after planetary ball milling in the same manner as in Example 1, it was 0.195 ° before milling and 0.308 ° after milling. Thus, the full width at half maximum increased 1.6 times before and after milling.

20 成膜装置
21 基板
22 エアロゾル生成部
23 エアロゾル生成室
24 原料供給管
25 加振器
30 成膜部
32 成膜チャンバ
33 X−Yステージ
34 基板ホルダ
36 噴射ノズル
37 スリット
38 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Film-forming apparatus 21 Substrate 22 Aerosol production | generation part 23 Aerosol production | generation chamber 24 Raw material supply pipe 25 Exciter 30 Film-forming part 32 Film-forming chamber 33 XY stage 34 Substrate holder 36 Injection nozzle 37 Slit 38 Vacuum pump

Claims (14)

エアロゾルデポジション法において成膜原料として用いられる酸化亜鉛粉末であって、 該酸化亜鉛粉末が、ドーパント元素及び/又は酸素欠損を含む酸化亜鉛結晶からなる複数の酸化亜鉛粒子を含んでなり、
前記酸化亜鉛結晶が、
X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅が0.11°以下であることによって規定される結晶性と、
アルミナポット及びアルミナボールを用いた遊星ボールミルによる粉砕が200rpmで1時間施された場合に前記(101)面ピークの半値幅が3.0倍以上の値に増加することによって規定される易歪み性と
を併せ持つ、酸化亜鉛粉末。
A zinc oxide powder used as a film forming raw material in an aerosol deposition method, the zinc oxide powder comprising a plurality of zinc oxide particles comprising zinc oxide crystals containing a dopant element and / or oxygen deficiency;
The zinc oxide crystals are
Crystallinity defined by the half width of the zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction being 0.11 ° or less;
Easily distorted as defined by the fact that the half-width of the (101) plane peak increases to a value of 3.0 times or more when pulverization by a planetary ball mill using an alumina pot and alumina balls is performed at 200 rpm for 1 hour. And zinc oxide powder.
前記結晶性が、X線回折における酸化亜鉛(101)面ピークの半値幅が0.08°以下であることによって規定される、請求項1に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to claim 1, wherein the crystallinity is defined by a half width of a zinc oxide (101) plane peak in X-ray diffraction being 0.08 ° or less. 前記易歪み性が、アルミナポット及びアルミナボールを用いた遊星ボールミルによる粉砕が200rpmで1時間施された場合に前記(101)面ピークの半値幅が4.0倍以上の値に増加することによって規定される、請求項1又は2に記載の酸化亜鉛粉末。   When the pulverization by a planetary ball mill using an alumina pot and an alumina ball is performed at 200 rpm for 1 hour, the half-width of the (101) plane peak increases to a value of 4.0 times or more. The zinc oxide powder according to claim 1 or 2, which is defined. 前記ドーパント元素が、アルミニウム、ガリウム、インジウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、コバルト、リチウム、マンガン、鉄、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の元素である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   4. The device according to claim 1, wherein the dopant element is at least one element selected from the group consisting of aluminum, gallium, indium, titanium, silicon, magnesium, cobalt, lithium, manganese, iron, and copper. Zinc oxide powder according to Item. 前記ドーパント元素が、アルミニウムである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the dopant element is aluminum. 前記ドーパント元素が、前記酸化亜鉛粒子中に0.01〜1モル%の量で固溶されてなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to any one of claims 1 to 5, wherein the dopant element is solid-dissolved in the zinc oxide particles in an amount of 0.01 to 1 mol%. 前記酸素欠損が、真空、不活性ガス、及び還元性ガスからなる群から選択される少なくとも一種からなる低酸素雰囲気下での熱処理によって生じたものである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The oxygen deficiency is generated by heat treatment in a low oxygen atmosphere composed of at least one selected from the group consisting of a vacuum, an inert gas, and a reducing gas. Zinc oxide powder described in 1. 前記熱処理が900〜1200℃で行われたものである、請求項7に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to claim 7, wherein the heat treatment is performed at 900 to 1200 ° C. 体積基準D50平均粒径が、1.0μm以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to any one of claims 1 to 8, wherein the volume-based D50 average particle diameter is 1.0 µm or more. 体積基準D50平均粒径が、3.0〜5.0μmである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to any one of claims 1 to 9, wherein the volume-based D50 average particle diameter is 3.0 to 5.0 µm. 気流分級処理により粗大粒子側の粉末が除去されてなる、請求項1〜10のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder as described in any one of Claims 1-10 by which the powder by the side of a coarse particle is removed by the airflow classification process. 体積基準D95粒径が、10μm以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の酸化亜鉛粉末。   The zinc oxide powder according to any one of claims 1 to 10, wherein the volume-based D95 particle size is 10 µm or less. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の酸化亜鉛原料粉末を用いた、エアロゾルデポジション法による酸化亜鉛被膜の製造方法。   The manufacturing method of the zinc oxide film by the aerosol deposition method using the zinc oxide raw material powder as described in any one of Claims 1-12. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の酸化亜鉛原料粉末の、エアロゾルデポジション法における成膜原料としての使用。   Use of the zinc oxide raw material powder according to any one of claims 1 to 12 as a film forming raw material in an aerosol deposition method.
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KR20150126782A (en) * 2014-05-05 2015-11-13 존슨 앤드 존슨 컨수머 캄파니즈, 인코포레이티드 Particulate zinc oxide with manganese, iron and copper dopant ions

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