JPH04104937A - 導電性酸化亜鉛焼結体及びその製法並びに用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、導電性酸化亜鉛焼結体及びその製法並びに用
途に関し、更に詳しくは、スパッタリング法によって透
明導電性薄膜を形成するためのスパッタリングターゲッ
トとして用いることのできる酸化亜鉛焼結体及びその製
法に関する。

［従来の技術］ 太陽電池やデイスプレー機器の透明電極や、帯電防止用
の導電性コーティングとして透明導電性薄膜の需要が高
まっている。このような透明導電性薄膜は主に金属酸化
物のスパッタリングにより形成されており、例えば、ス
ズをドープしたインジウム酸化物（ＩＴＯ）、アンチモ
ンをドープした酸化スズ（ＴＡＯ）などの焼結体をスパ
ッタリングすることにより形成されたものが知られてい
る。

ところで、従来の透明導電性薄膜は３００ｍ程度に加熱
した高温基板上に結晶化膜として形成されていたが、近
年になって室温から１５０ｍ程度の低温基板上に形成す
ることが要求され始めている。すなわち、液晶デイスプ
レー用の透明導電性薄膜などは、耐熱性の低い有機物（
カラーフィルター）やアモルファスシリコンの上に成膜
することが必要であり、低温基板上に透明導電性薄膜を
形成することは極めて重要になってきている。しかしな
がら、前記のＩＴＯやＴＡＯでは低温基板上に低抵抗な
透明導電性薄膜を形成することは極めて困難であった。

一方、アルミニウムをドープした酸化亜鉛焼結体をスパ
ッタリングすることによりＩＴＯ並に低抵抗で透明性に
優れた透明導電性薄膜が得られることが報告されている
（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５５　（４）、１５Ｆｅｂ
ｒｕａｒｙ　１９８８　ｐ１０２９　）　ｏ酸化亜鉛は
安価な上に化学的にも安定で、透明性、導電性にも優れ
ていることから優れた透明導電性薄膜を形成するための
材料として注目されている。しかしながら酸化亜鉛焼結
体においても、加熱した高温基板上に透明導電性薄膜を
形成するには極めて優れた性能を示すが、低温基板への
成膜においては幾つかの改善が必要であった。例えば従
来の酸化亜鉛焼結体を用いて低温基板上に透明導電性薄
膜を形成した場合、該薄膜は着色し、抵抗が上昇すると
いう問題があった。

［発明が解決しようとする課８］ 本発明の目的は、スパッタリング法によって、２００℃
以下の低温基板上に均一でかつ低抵抗透明導電性薄膜を
形成するためのスパッタリングターゲットとして好適に
用いることのできる酸化亜鉛焼結体及びその製法を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行な
った結果、特有の焼結粒子粒径及び体積固有抵抗を有す
る酸化亜鉛焼結体をスパッタリングターゲットとして用
いてスパッタリングを行なうことにより、低温基板上に
均一でかつ低抵抗透明導電性薄膜を形成することができ
ることを見出だし本発明を完成するに至った。すなわち
本発明は焼結粒子粒径が１μｍ以上１０μｍ以下、体積
固有抵抗が１００・口未満であることを特徴とする導電
性酸化亜鉛焼結体及び該焼結体からなるスパッタリング
ターゲットである。以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の焼結体は、焼結粒子粒径が１μｍ以上１０μｍ
以下であることを必須とし、この焼結粒子粒径を満たす
焼結体を用いることにより、均一でかつ低抵抗の透明導
電性薄膜を低温基板上に形成することができる。しかし
ながら、焼結粒子粒径が１０１ｍを越える焼結体を用い
て低温基板上に透明導電性薄膜を形成した場合、この薄
膜は着色し、導電性が低下してしまう。一方焼結粒子粒
径が１μｍ未満の焼結体はその機械的強度が弱くなるた
め、透明導電性薄膜を形成するためのスパッタリングタ
ーゲットとしての適用が困難となる。本発明の焼結体の
焼結粒子粒径の更に好ましい範囲は２ｊｆｆｉ以上５μ
ｍ以下である。また、本発明の焼結体は、その体積固有
抵抗が１０Ω・備以下であることを必須とし、特に３Ω
・口以下であることが好ましい。

このことにより、この焼結体を直流スパッタリング法の
ターゲットとして使用することができる。

本発明の焼結体は上述の条件を満たすものであるが、特
に亜鉛と異種元素の共沈酸化物から構成した焼結体は、
異種元素が焼結体中で均一に分散し、これが導電性ドー
パントとして作用するため、焼結体の導電性が高くかつ
均一となり、これを透明導電性薄膜を形成するためのス
パッタリングターゲットとして用いた場合、得られる透
明導電膜の均一性も向上する。なお、この異種元素とは
原子価状態として三価以上の状態が存在するものであれ
ばいかなるものも適用可能であり、例えば■Ａ族のＳｃ
、Ｙ、ｎ［Ｂ族のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ。

ＴＩ、ＩＶＡ族のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｈ、ＩＶＢ族の
Ｃ，Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、ＶＡ族のＶ。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、ＶＢ族の、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ。

ＶＩＡ族のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｕ、ＶＩＢ族のＳｅ。

Ｔｅ、Ｐｏ、■Ａ族のＭｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、■族のＦｅ、
　　Ｃｏ、　　Ｎｉ、　　Ｒｕ、　　Ｒｈ、　　Ｐｄ、
　　Ｏｓ。

ｌｒ、Ｐｔｘ及びランタノイド、アクチノイド系列の元
素などが適用可能であるが、この中でも特にＡＯ，Ｉｎ
ｂ　Ｔｉｓ　Ｓｉｘ　Ｇｅｓ　Ｓｎが取扱い易さの点な
どから好ましく用いられる。この異種元素を焼結体に混
合する場合、異種元素の焼結体中の含有量は亜鉛に対し
０　、　１　ａｔｍ％から２０．０ａｔｍ％、特に０．
５ａｔｍ％から５．Ｏａｔｍ％であることが好ましい。

二の含有量が０．１ａｔｍ％未満の場合、異種元素の導
電性ドーパントとしての効果が得られず、一方２０．Ｏ
ａｔｍ％を越える場合、焼結体や得られる透明導電性薄
膜の導電率が低下するおそれがある。

また、本発明の焼結体のうち、（００２）結晶配向性が
（１０１）結晶配向性より大きいものをスパッタリング
ターゲットとして用いて透明導電性薄膜を形成した場合
、スパッタリング時に膜質の低下が緩和され、より優れ
た均一性の大面積薄膜を得ることができる。

以下、本発明の焼結体の製法の一例について説明する。

本発明の焼結体は、例えば亜鉛と異種元素の酸化物前駆
体の共沈物を仮焼して共沈酸化物を得、該共沈酸化物を
成型し、１３００℃以上で焼結することにより得ること
ができる。このように、本発明の焼結体を亜鉛と異種元
素の共沈酸化物から製造することにより、異種元素が焼
結時に焼結粒子の粒成長を適度に抑制し、焼結粒子粒径
を制御しやすくなるので好ましい。例えば酸化亜鉛と異
種元素の混合酸化物を１４００℃以上で焼結した場合、
焼結粒子粒径は１０ｐｍ以上に粒成長してしまうが、共
沈酸化物は１６００℃で焼結してもその焼結粒子粒径は
１０μｍ以下、多くは５Ｂ＋以下に維持される。上述し
た本発明の焼結体の製法における共沈酸化物の成型方法
としては、例えば金型成型、鋳込み成型などが適用可能
である。

また焼結温度は１３００℃以上であるが、特に１３００
℃から１４００℃の範囲が好ましい。焼結温度が１３０
０℃未満では、得られる焼結体の導電性が不十分となる
。更に焼結時の雰囲気にも特に制限はないが、特に焼結
体が還元されない空気中焼結が好ましく用いられる。と
ころで、本発明の焼結体の製法において用いられる共沈
酸化物の合成方法にも特に制限はないが、例えば従来知
られている方法により亜鉛と異種元素の共沈水酸化物、
共沈無機塩、共沈有機酸塩などの共沈酸化物前駆体を調
製し、それを仮焼することにより得ることができる。更
に上記のように亜鉛と異種元素を共沈させる場合、沈殿
速度が速く、溶液濃度が高い場合には異種元素成分が偏
析しやすくなるので、溶液濃度としては２ａ＋ｏｌ／ｆ
Ｉ以下、沈殿速度としてはＩＣｌ＋ｏｌ／時間以下とす
ることが好ましい。なお本発明の焼結体を製造するにあ
たり、焼結体の密度を４　、　０　ｇ／ａｍ　　以上５
．０ｇ／ｃ−未満の範囲で、特に４　、　５　ｇ／ｃｍ
　　以上５　、　０　ｇ／ｅ＋＋”未満の範囲に制御す
ることが好ましい。この密度が４．Ｏｇ／ｃ−未満では
焼結体の機械的強度が弱くなり、焼結体に十分な導電性
が付与されないおそれが生じ、５　、　０　ｇ／ｃｍ３
以上では焼結体の焼結粒子が粒成長し、１０μｍ以下の
焼結粒子粒径が維持されないおそれがある。しかしなが
ら、ホットプレスの様な特別の手法を用いれば、密度が
高くても焼結粒子粒径を小さく維持することが可能であ
る。

また、本発明の焼結体のうち、（１０１）結晶配向性に
対して（００２）結晶配向性の方が大きい焼結体は、例
えば結晶配向性のある共沈酸化物を成型し、焼結するこ
とにより得ることができる。

［実施例コ 以下実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれ
らに何ら限定されるものではない。

実施例１ 硫酸亜鉛１モル、硫酸アルミニウム０．０１５モルの混
合水溶液を１４％アンモニア水で６０分かけて中和し、
ｐＨ−７で共沈水酸化物を調製した。次に得られた共沈
水酸化物を大気中８００℃で仮焼して共沈酸化物とし、
これを金型成型して成型体を得、これを空気中１４００
℃で焼結した。

得られた焼結体の焼結粒子の平均粒径は電子顕微鏡観察
により３９ｍ１焼結密度は見掛けの密度で４．５ｇ／σ
　、比抵抗は四探針法により測定した結果３．０Ω・口
であった。また焼結体の結晶配向性はＸ線回折強度比で
（００２）／　（１０１）−４，５／１であった。

実施例２ 実施例１で得られた焼結体をスパッタリングターゲット
として用い、ＤＣマグネトロンスパッタリングで透明導
電性薄膜を表１に示す成膜条件で形成した。その結果、
表２に示す特性の均一で低抵抗な透明導電性薄膜を比較
的広い範囲で得ることができた。

して成型体を得、これを空気中１４００℃で焼結した。

得られた焼結体の焼結粒子の平均粒径は電子顕微鏡観察
により２０９ｍ１焼結密度は見掛けの密度で５．　３ｇ
／ａｍ　　、比抵抗は四探針法により測定した結果０，
２Ω・ｃｍであった。また焼結体の結晶配向性はＸ線回
折強度比で（００２）／　（１０１）−１１５，５であ
った。

比較例２ 比較例１で得られた焼結体をターゲットとして用い、実
施例２と同様の条件でＤＣマグネトロンスパッタリング
で透明導電性薄膜を形成したところ、抵抗が高く、着色
した透明導電性薄膜が得られた。得られた薄膜の特性を
表２に示す。

表１　スパッタリング条件 比較例１ 酸化亜鉛と酸化アルミニウムを１：０．０１５（モル比
）となるように混合し、これを金型成型リングターゲッ
トとして極めて優れた性能を有するものとなる。

表２ 成膜結果

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結粒子粒径が１μｍ以上１０μｍ以下、体積固
   有抵抗が１０ｌ・ｃｍ未満であることを特徴とする導電
   性酸化亜鉛焼結体。
2. （２）亜鉛と異種元素の共沈酸化物からなる請求項第（
   １）項に記載の導電性酸化亜鉛焼結体。
3. （３）（００２）結晶配向性が（１０１）結晶配向性よ
   り大きい請求項第（１）項または第（２）項に記載の導
   電性酸化亜鉛焼結体。
4. （４）亜鉛と異種元素の酸化物前駆体の共沈物を仮焼し
   て共沈酸化物を得、該共沈酸化物を成型し、１３００℃
   以上で焼結することを特徴とする焼結粒子粒径が１μｍ
   以上１０μｍ以下、体積固有抵抗が１０ｌ・ｃｍ未満の
   導電性酸化亜鉛焼結体の製法。
5. （５）焼結粒子粒径が１μｍ以上１０μｍ以下、体積固
   有抵抗が１０ｌ・ｃｍ未満である導電性酸化亜鉛焼結体
   からなるスパッタリングターゲット。