JP5682112B2 - 酸化亜鉛焼結体およびその製造方法、スパッタリングターゲット、このスパッタリングターゲットを用いて形成された電極 - Google Patents
酸化亜鉛焼結体およびその製造方法、スパッタリングターゲット、このスパッタリングターゲットを用いて形成された電極 Download PDFInfo
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Description
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、ZnOにAl、Ga、In、Ti、Si、Ge、Snのうちいずれか1種以上からなる第1添加物元素と、バナジウム(V)からなる第2添加物元素とを含有する酸化亜鉛焼結体の製造方法であって、前記第1添加物元素の酸化物からなる第1酸化物粉末、前記第2添加物元素の酸化物からなる第2酸化物粉末、及びBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第1のZnO粉末を前記第1のZnO粉末の前記第1酸化物粉末と前記第2酸化物粉末の総量に対する混合モル比率が1以上200以下となるように配合し、800〜1200℃の範囲の温度で焼成して仮焼粉末を製造する仮焼粉末製造工程と、前記仮焼粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第2のZnO粉末とを配合した本焼成前粉末を成形した成形体を800〜1400℃の範囲の温度で焼成し、酸化物換算で、前記第1添加物元素及び前記第2添加物元素の含有比率を0.5〜10wt%の範囲、かつ前記第2添加物元素の含有比率を0.05〜5wt%の範囲である酸化亜鉛焼結体を得る本焼成工程とを有することを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、ZnOにAl、Ga、In、Ti、Si、Ge、Snのうちいずれか1種以上からなる第1添加物元素と、バナジウム(V)からなる第2添加物元素とを含有する酸化亜鉛焼結体の製造方法であって、前記第1添加物元素の酸化物からなる第1酸化物粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第1のZnO粉末とを前記第1のZnO粉末の前記第1酸化物粉末に対する混合モル比率が1以上200以下の範囲となるように配合し、900〜1300℃の範囲の温度で焼成してなる第1仮焼粉体と、前記第2添加物元素の酸化物からなる第2酸化物粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第3のZnO粉末とを前記第3のZnO粉末の前記第2酸化物粉末の総量に対する混合モル比率が1以上200以下の範囲となるように配合し、800〜1200℃の範囲の温度で焼成してなる第2仮焼粉体とを混合した仮焼粉末を製造する仮焼粉末製造工程と、前記仮焼粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第2のZnO粉末とを配合した本焼成前粉末を成形した成形体を800〜1400℃の範囲の温度で焼成し、酸化物換算で、前記酸化亜鉛焼結体における前記第1添加物元素及び前記第2添加物元素の含有比率を0.5〜10wt%の範囲、かつ前記第2添加物元素の含有比率を0.05〜5wt%の範囲である酸化亜鉛焼結体を得る本焼成工程とを有することを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、前記第1酸化物粉末と前記第2酸化物粉末のそれぞれのBET比表面積が2〜100m2/gの範囲であることを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法において、前記第1酸化物粉末が、Al2O3、Ga2O3、In2O3、TiO2、SiO2、GeO2、SnO2のうちいずれか1種以上からなり、前記第2酸化物粉末がV2O3からなることを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、前記仮焼粉末製造工程における焼成が非還元性雰囲気中で行われることを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、前記本焼成工程において、前記本焼成前粉末のBET比表面積が1〜20m2/gの範囲であることを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、前記本焼成工程における焼成が非還元性雰囲気中で行われることを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、前記成形体を製造する際に、前記本焼成前粉末が溶媒中に分散された混合液が用いられることを特徴とする。
本発明の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、前記酸化亜鉛焼結体の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
本発明のスパッタリングターゲットは、前記酸化亜鉛焼結体からなることを特徴とする。
この参考例の酸化亜鉛焼結体の製造方法は、ZnOにAl2O3が添加された酸化亜鉛焼結体の製造方法、あるいは、ZnOにGa2O3が添加された酸化亜鉛焼結体の製造方法であって、第1のZnO粉末とAl2O3粉末とを配合して焼成する仮焼粉末製造工程と、これによって得られた仮焼粉末と第2のZnO粉末とを配合、成形して成形体を形成し、これを焼成する本焼成工程とからなる。
第1の実施の形態に係る酸化亜鉛焼結体の製造方法において、例えば第1添加物元素としてAlを選択する場合には、図4に示すように、図1におけるAl2O3粉末に加えてV2O3粉末が第1のZnO粉末に同時に添加される。すなわち、本形態の酸化亜鉛焼結体の製造方法においても、Al2O3粉末及びV2O3粉末とZnO粉末とを配合、成形して焼結体を得るのではなく、まずZnAl2O4相及びZn3(VO4)2相を含む仮焼粉末が製造され、この仮焼粉末とZnO粉末とが配合、成形、焼成されて酸化亜鉛焼結体が形成される。そのため、第1のZnO粉末とAl2O3粉末及びV2O3粉末とが配合、造粒されてから大気中で焼成(仮焼成)されて仮焼粉体が得られる。次に、この仮焼粉体が所望の粒度に再度粉末化され、仮焼粉末が製造される。この仮焼粉体中には、ZnOとAl2O3及びZnOとV2O3との複合化合物であるスピネル構造のZnAl2O4、及びZn3(VO4)2が形成されている。
同様の酸化亜鉛焼結体を、第1の実施の形態とは異なる第2の実施の形態に係る製造方法によって得ることもできる。この例を図8に示す。この製造方法によれば、第1添加物元素及び第2添加物元素(V)の酸化亜鉛焼結体中の分散性を更に向上させ、異常放電を更に抑制することができる。
第2の実施の形態における仮焼粉末製造工程において、Al2O3粉末を用いてZnAl2O4相を含む第1仮焼粉末、V2O3粉末を用いてZn3(VO4)2相を含む第2仮焼粉末を製造する場合には、図9に示すように、第1混合工程において、第1仮焼粉末を溶媒に混合してなる混合液と、第2仮焼粉末を溶媒に混合してなる混合液とを混合して、第1の混合液を製造することもできる。この場合、原料粉末の異なる仮焼粉末毎に最適な条件で混合処理を行うことが出来るので、第2のZnO粉末中における仮焼粉末の分散性を更に向上させることができる。
参考例1〜4、比較例1、2においては、酸化物としてα−アルミナ(Al2O3)が用いられ、仮焼成温度がAZO焼結体の特性に与える影響が調べられた。ここでは第1のZnO粉末、酸化物粉末のBET比表面積はそれぞれ5m2/g、11m2/gとされ、第1のZnO/Al2O3粉末モル比は1とされた。第2のZnO粉末、本焼成前粉末のBET比表面積はどちらも5m2/gとされ、本焼成前粉末における酸化物の重量比は2%とされた。本焼成温度は1500℃とされ、仮焼成温度は800〜1400℃の範囲とされた。
参考例5〜9、比較例3、4においては、前記の参考例1〜4等と同様の粉末材料が用いられ、本焼成温度がAZO焼結体の特性に与える影響が調べられた。仮焼成温度は1000℃とされ、本焼成温度は1000〜1700℃の範囲とされた。これら以外の条件は前記の参考例1〜4と同一である。
参考例10〜15、比較例5〜7においては、前記の参考例1〜9等と同様の粉末材料が用いられ、仮焼粉末製造工程における第1のZnO/Al2O3混合(モル)比率がAZO焼結体の特性に与える影響が調べられた。仮焼成温度は1000℃、本焼成温度は1500℃とされた。第1のZnO/Al2O3混合モル比率は0.2〜210の範囲とされた。本焼成前粉末における酸化物の重量比は0.5及び2wt%とされた。これら以外の条件は前記の参考例1〜4と同一である。
参考例16〜18、比較例8、9においては、前記の参考例1〜15等と同様の粉末材料が用いられ、本焼成前粉末のBET比表面積がAZO焼結体の特性に与える影響が調べられた。仮焼成温度は1000℃、本焼成温度は1400〜1550℃とされた。本焼成前粉末のBET比表面積は0.5〜21m2/gの範囲とした。以上の条件以外については前記の参考例1〜4と同一である。
参考例19〜28、比較例10〜14では、以上に述べた参考例、比較例で調べた以外の範囲で条件を変えて、最終的に得られた焼結体の特性が調べられた。参考例19〜21では、第1のZnO粉末のBET比表面積を5〜20m2/gの範囲、第1のZnO/Al2O3モル比を1〜100の範囲、焼結体における添加物組成を2〜4%の範囲、本焼成温度を1300〜1500℃の範囲で変えている。参考例22、23では酸化物(Al2O3)粉末のBET比表面積が4m2/g、59m2/g、仮焼粉末BET比表面積が5m2/g、22m2/gとされた。参考例24では酸化物粉末(Al2O3)のうち0.5重量%がTiO2に置換され、参考例25では酸化物粉末がGa2O3(100%)とされた。参考例26では、仮焼成温度が900℃、仮焼粉末のBET比表面積が25m2/g、本焼成温度が1100℃とされた。参考例27では、仮焼成温度が1300℃、本焼成温度が1100℃とされ、仮焼成温度が本焼成温度よりも高くされた。参考例28では、本焼成における添加物組成が0.5%と小さくされた。
第1の実施形態に係る実施例1は、第1酸化物粉末としてα−アルミナ(Al2O3)が、第2酸化物粉末として酸化バナジウム(V2O3)が用いられ、第1の実施の形態に係る製造方法(図4)によって製造された。ここでは第1のZnO粉末、第1酸化物粉末及び第2酸化物粉末のBET比表面積はそれぞれ5m2/g、11m2/gとされ、第1のZnO/(Al2O3+V2O3)の粉末モル比は1とされた。第2のZnO粉末、本焼成前粉末のBET比表面積はどちらも5m2/gとされ、本焼成前粉末における酸化物の重量比は2.5%とされ、その中でAl2O3の重量比は2.0%、V2O3の重量比は0.5%とされた。また、仮焼成温度は900℃、本焼成温度は1100℃とされた。
以下に説明する実施例2〜4及び比較例15、16は、第2の実施の形態に係る製造方法(図8)によって製造された。
上記と同様の製造方法を用いた実施例5〜7及び比較例17、18においては、本焼成温度がAZO焼結体の特性に与える影響について調べた。この際、仮焼成温度は800℃とした。この結果を表9に示す。
比較例19は、第1の実施の形態の製造方法(図4)における仮焼粉末製造工程を行わず、本焼成工程のみを用いて製造された同一組成の酸化亜鉛焼結体の結果である。すなわち、本焼成工程において、実施例1と同様の組成となるべくZnO粉末、Al2O3粉末、及びV2O3粉末が配合され、同様の本焼成温度で焼成された。この結果を表11に示す。
実施例9は、第3の実施の形態の製造方法(図9)によって製造された。実施例9は、前記の実施例3が製造された際の第2混合工程において、第2のZnO粉末を純水に混合した混合液に第1の混合液を混合し、第2の混合液を製造している。具体的には、樹脂製ポットに所望の組成の焼結体となるべく秤量された第2のZnO粉末と第2のZnO粉末の総重量の5倍の純水とを収納し、アルミナボールを用いてボールミルで20時間の混合を行った混合液を作成した。この混合液に第1の混合液を混合して第2の混合液を作成した。その他の製造条件については前記の実施例3と同様である。この結果を表12に示す。
【図1】参考例の酸化亜鉛焼結体の製造方法を示す工程図である。
【図2】従来の製造方法による酸化亜鉛焼結体の断面の電子顕微鏡写真である。
【図3】参考例の製造方法による酸化亜鉛焼結体の断面の電子顕微鏡写真である。
【図4】本発明に係る第1の実施の形態の酸化亜鉛焼結体の製造方法を示す工程図である。
【図5】本発明に係る第1の実施の形態の酸化亜鉛焼結体の製造方法において、得られた酸化亜鉛焼結体の相対密度と本焼成温度との関係を示す図である。
【図6】第1の実施の形態の変形例の酸化亜鉛焼結体の製造方法を示す工程図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態の製造方法による酸化亜鉛焼結体の断面の電子顕微鏡写真である。
【図8】本発明に係る第2の実施の形態の酸化亜鉛焼結体の製造方法を示す工程図である。
【図9】本発明に係る第3の実施の形態の酸化亜鉛焼結体の製造方法を示す工程図である。
【図11】参考例および比較例における、3μm以上の円相当径をもつ析出物および空孔の割合を示す図である。
【図12】3μm以上の円相当径をもつ析出物および空孔の割合の、仮焼成温度依存性を示す図である。
【図13】3μm以上の円相当径をもつ析出物および空孔の割合の、本焼成温度依存性を示す図である。
【図14】3μm以上の円相当径をもつ析出物および空孔の割合の、第1のZnO粉末/酸化物モル比率依存性を示す図である。
【図15】3μm以上の円相当径をもつ析出物および空孔の割合の、本焼成前粉末BET比表面積依存性を示す図である。
【符号の説明】
2 析出物(ZnAl2O4相)
3 空孔
4 析出物(Zn3(VO4)2相)
Claims (10)
- ZnOにAl、Ga、In、Ti、Si、Ge、Snのうちいずれか1種以上からなる第1添加物元素と、バナジウム(V)からなる第2添加物元素とを含有する酸化亜鉛焼結体の製造方法であって、
前記第1添加物元素の酸化物からなる第1酸化物粉末、前記第2添加物元素の酸化物からなる第2酸化物粉末、及びBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第1のZnO粉末を前記第1のZnO粉末の前記第1酸化物粉末と前記第2酸化物粉末の総量に対する混合モル比率が1以上200以下となるように配合し、800〜1200℃の範囲の温度で焼成して仮焼粉末を製造する仮焼粉末製造工程と、
前記仮焼粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第2のZnO粉末とを配合した本焼成前粉末を成形した成形体を800〜1400℃の範囲の温度で焼成し、酸化物換算で、前記第1添加物元素及び前記第2添加物元素の含有比率を0.5〜10wt%の範囲、かつ前記第2添加物元素の含有比率を0.05〜5wt%の範囲である酸化亜鉛焼結体を得る本焼成工程とを有することを特徴とする酸化亜鉛焼結体の製造方法。 - ZnOにAl、Ga、In、Ti、Si、Ge、Snのうちいずれか1種以上からなる第1添加物元素と、バナジウム(V)からなる第2添加物元素とを含有する酸化亜鉛焼結体の製造方法であって、
前記第1添加物元素の酸化物からなる第1酸化物粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第1のZnO粉末とを前記第1のZnO粉末の前記第1酸化物粉末に対する混合モル比率が1以上200以下の範囲となるように配合し、900〜1300℃の範囲の温度で焼成してなる第1仮焼粉体と、
前記第2添加物元素の酸化物からなる第2酸化物粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第3のZnO粉末とを前記第3のZnO粉末の前記第2酸化物粉末の総量に対する混合モル比率が1以上200以下の範囲となるように配合し、800〜1200℃の範囲の温度で焼成してなる第2仮焼粉体とを混合した仮焼粉末を製造する仮焼粉末製造工程と、
前記仮焼粉末とBET比表面積が2〜30m2/gの範囲である第2のZnO粉末とを配合した本焼成前粉末を成形した成形体を800〜1400℃の範囲の温度で焼成し、酸化物換算で、前記酸化亜鉛焼結体における前記第1添加物元素及び前記第2添加物元素の含有比率を0.5〜10wt%の範囲、かつ前記第2添加物元素の含有比率を0.05〜5wt%の範囲である酸化亜鉛焼結体を得る本焼成工程とを有することを特徴とする酸化亜鉛焼結体の製造方法。 - 前記第1酸化物粉末と前記第2酸化物粉末のそれぞれのBET比表面積が2〜100m2/gの範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法。
- 前記第1酸化物粉末が、Al2O3、Ga2O3、In2O3、TiO2、SiO2、GeO2、SnO2のうちいずれか1種以上からなり、前記第2酸化物粉末がV2O3からなることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法。
- 前記仮焼粉末製造工程における焼成が非還元性雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法。
- 前記本焼成工程において、前記本焼成前粉末のBET比表面積が1〜20m2/gの範囲であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法。
- 前記本焼成工程における焼成が非還元性雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法。
- 前記成形体を製造する際に、前記本焼成前粉末が溶媒中に分散された混合液が用いられることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法。
- 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の酸化亜鉛焼結体の製造方法によって製造されたことを特徴とする酸化亜鉛焼結体。
- 請求項9に記載の酸化亜鉛焼結体からなることを特徴とするスパッタリングターゲット。
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