이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
일 구현예에 따른 금속 산화물 조성물은 인듐(In), 갈륨(Ga), 바륨(Ba), 아연(Zn) 및 산소(O)를 포함한다.
상기 인듐(In)은 상기 금속 산화물 조성물 총량에 대하여, 즉, 인듐(In), 갈륨(Ga), 바륨(Ba), 아연(Zn) 및 산소(O)의 원자비(at%) 총량에 대하여 2 내지 20 원자비(at%)로 포함될 수 있다. 또한 상기 갈륨(Ga)은 상기 금속 산화물 조성물 총량에 대하여 2 내지 20 원자비(at%)로 포함될 수 있고, 상기 바륨(Ba)은 상기 금속 산화물 조성물 총량에 대하여 2 내지 10 원자비(at%)로 포함될 수 있으며, 상기 아연(Zn)은 상기 금속 산화물 조성물 총량에 대하여 10 내지 30 원자비(at%)로 포함될 수 있으며, 상기 산소는 상기 금속 산화물 조성물 총량에 대하여 20 내지 80 원자비(at%)로 포함될 수 있다. 인듐(In), 갈륨(Ga), 바륨(Ba), 아연(Zn) 및 산소(O) 각각이 상기 함량 범위 내로 포함될 경우 투명성 및 도전성이 우수하고 기판과의 접합성이 우수하다.
또한 인듐(In), 갈륨(Ga), 바륨(Ba) 및 아연(Zn)의 원자비(at%) 총량에 대한 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 원자비(at%)는 15 내지 85 일 수 있으며, 구체적으로는 20 내지 80 일 수 있다. 상기 비율의 원자비(at%)를 가질 경우 투명성 및 도전성이 우수하고 기판과의 접합성이 우수하다.
상기 금속 산화물 조성물은 인듐 산화물, 갈륨 산화물, 바륨 산화물 및 아연 산화물의 금속 산화물을 혼합하여 제조될 수 있으며, 구체적으로는 산화인듐(In2O3), 산화갈륨(Ga2O3), 산화바륨(BaO) 및 산화아연(ZnO)의 금속 산화물을 혼합하여 제조될 수 있다.
다른 일 구현예는 전술한 금속 산화물 조성물을 이용한 소결체이다.
상기 소결체는 인듐 산화물, 갈륨 산화물, 바륨 산화물 및 아연 산화물의 금속 산화물을 혼합하여 제조된 금속 산화물 조성물을 금형에 넣고 프레스하여 성형 한 후 열처리하여 소결하는 단계를 거쳐 얻을 수 있다. 상기 열처리는 1000 내지 1700 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
또 다른 일 구현예는 전술한 금속 산화물 조성물을 이용한 도전성막이다.
상기 도전성막은 5000 Å 이하의 막 두께를 가질 수 있으며, 상기 두께 범위를 가질 경우 투명성이 양호하다.
상기 도전성막은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 비정질인 경우에는 유리 기판이나 플라스틱 기판이 비정질임에 따라 접합성이 우수하다.
상기 도전성막의 가시광선 투과율은 80% 이상일 수 있다.
상기 도전성막은 유리, 세라믹 또는 플라스틱 소재의 표면에 전술한 금속 산화물 조성물을 코팅하여 얻을 수 있다.
상기 도전성막은 구체적으로 인듐 산화물, 갈륨 산화물, 바륨 산화물 및 아연 산화물의 금속 산화물을 혼합하여 제조된 금속 산화물 조성물을 열처리하여 소결체를 얻은 후, 상기 소결체를 스퍼터링하여 기판에 성막하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
전술한 금속 산화물 조성물, 및 이를 이용한 소결체 및 도전성막은 수축률이 높아 타겟의 품질이 우수하고, 투명성 및 도전성이 우수하며, 기판과의 접합성이 우수하여, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 유기발광 디스플레이(OLED), 터치패널 등의 전극에 사용될 수 있으며, 또한 전자파 차폐재, 발열체, 태양 전지 등에도 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
비교예 1 및 실시예 1 내지 3과, 비교예 2 및 실시예 4 내지 6
산화인듐(In2O3) 분말, 산화갈륨(Ga2O3) 분말, 산화바륨(BaO) 분말 및 산화아연(ZnO) 분말을 각각 In:Ga:Ba:Zn:O의 원자비(at%)가 하기 표 1에 나타난 바와 같이 되도록 중량을 천칭하였고, 총 중량은 100g이 되도록 하였다. 상기 각 성분의 분말을 폴레에틸렌제의 포트에 넣고 에탄올을 충분히 채운 다음 지르코니아(ZrO2) 볼(ball)을 이용한 볼밀링(ball milling) 방법으로 24 시간 동안 혼합한 후 120℃의 플레이트 위에서 충분히 저으면서 건조시킴으로써 금속 산화물 조성물을 제조한다.
상기 금속 산화물 조성물을 금형에 넣고, 300 kg/cm2의 압력으로 프레스하여 성형한 후 대기 중에서 소결시킴으로써 소결체를 제조한다. 소결을 위한 승온 속도는 10℃/min 이고, 소결은 1450℃에서 6 시간 동안 수행된다.
상기 소결체를 스퍼터링하여 유리 기판에 성막하여, RF 전력 30 W, 가스압 5X10-3 Torr, Ar 가스유량 15 SCCM, O2 가스유량 5 SCCM, 기판 온도 상온의 조건으로 도전성막을 제조한다. 상기 도전성막의 두께는 3000 Å이다.
실험예 1: 비교예 1 및 실시예 1 내지 3과, 비교예 2 및 실시예 4 내지 6에서 제조된 소결체의 조성 분석
위에서 제조된 소결체의 조성 분석을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)를 이용하여 수행하며, 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
[표 1]
구분 |
원자비(at%) |
인듐(In) |
갈륨(Ga) |
바륨(Ba) |
아연(Zn) |
산소(O) |
(In+Ga)/(In+Ga+Ba+Zn) |
비교예 1 |
14.28 |
14.26 |
0.00 |
14.31 |
57.15 |
66.60 |
실시예 1 |
12.28 |
12.26 |
4.00 |
14.31 |
57.15 |
57.27 |
실시예 2 |
18.25 |
6.24 |
4.00 |
14.37 |
57.14 |
57.14 |
실시예 3 |
6.26 |
18.27 |
4.00 |
14.31 |
57.16 |
57.26 |
비교예 2 |
9.10 |
9.00 |
0.00 |
27.25 |
54.65 |
39.91 |
실시예 4 |
7.10 |
7.00 |
4.00 |
27.25 |
54.65 |
31.09 |
실시예 5 |
2.05 |
12.03 |
4.00 |
27.37 |
54.54 |
30.98 |
실시예 6 |
12.02 |
2.03 |
4.00 |
27.36 |
54.59 |
30.94 |
실험예 2: 비교예 1 및 실시예 1 내지 3과, 비교예 2 및 실시예 4 내지 6에서 제조된 소결체를 이용한 타겟의 수축률
위에서 제조된 소결체를 이용한 타겟의 수축률은 아래 식에 의해 그 값을 구하며, 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
(소결 전 부피 - 소결 후 부피) / 소결 전 부피 X 100
[표 2]
|
비교예 1 |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
비교예 2 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
수축률(%) |
35.93 |
42.75 |
42.77 |
41.32 |
19.31 |
24.63 |
25.38 |
24.18 |
상기 표 2를 통하여, 일 구현예에 따라 인듐(In), 갈륨(Ga), 바륨(Ba), 아연(Zn) 및 산소(O)를 포함하고, (In+Ga)/(In+Ga+Ba+Zn)의 원자비(at%)가 15 내지 85인 금속 산화물 조성물을 이용한 실시예 1 내지 3의 경우 바륨(Ba)을 포함하지 않은 비교예 1과 비교하여 수축률이 크게 증가함을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 일 구현예에 따른 실시예 4 내지 6의 경우 바륨(Ba)을 포함하지 않은 비교예 2와 비교하여 수축률이 크게 증가함을 확인할 수 있다. 이러한 수축률 증가는 소결 밀도 향상을 나타내므로, 타겟의 품질 향상에 결정적인 영향을 미친다.
실험예 3: 비교예 1 및 실시예 1 내지 3과, 비교예 2 및 실시예 4 내지 6에서 제조된 도전성막의 조성 분석
위에서 제조된 도전성막의 조성 분석을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)를 이용하여 수행하며, 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
[표 3]
구분 |
원자비(at%) |
인듐(In) |
갈륨(Ga) |
바륨(Ba) |
아연(Zn) |
산소(O) |
(In+Ga)/(In+Ga+Ba+Zn) |
비교예 1 |
13.38 |
14.40 |
0.00 |
13.92 |
58.30 |
66.62 |
실시예 1 |
12.36 |
12.13 |
4.05 |
14.31 |
57.15 |
57.15 |
실시예 2 |
18.23 |
6.33 |
4.04 |
14.29 |
57.11 |
57.26 |
실시예 3 |
6.18 |
18.35 |
4.08 |
14.36 |
57.03 |
57.09 |
비교예 2 |
9.20 |
8.87 |
0.00 |
27.07 |
54.86 |
40.03 |
실시예 4 |
7.18 |
6.96 |
4.03 |
27.21 |
54.62 |
31.16 |
실시예 5 |
2.13 |
11.98 |
4.06 |
27.29 |
54.54 |
31.09 |
실시예 6 |
12.07 |
1.98 |
4.07 |
27.32 |
54.56 |
30.92 |
실험예 4: 실시예 1 내지 6에서 제조된 도전성막의 특성 평가
위에서 제조된 도전성막의 특성을 아래와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
(1) 투명성 평가: 3000 Å 두께의 막에 대해 UV/VIS 분광기를 이용하여 550 nm에서의 투과율을 측정한다.
(2) 도전성 평가: 3000 Å 두께의 막에 대해 4포인트 프로브 표면저항 측정기를 이용하여 저항을 측정한다.
(3) XRD 특성: 3000 Å두께의 막에 대해 XRD를 측정한다.
[표 4]
구분 |
투과율(%) |
저항(Ω/□) |
XRD 측정 결과 |
실시예 1 |
80 |
96 |
비정질 |
실시예 2 |
83 |
106 |
비정질 |
실시예 3 |
82 |
102 |
비정질 |
실시예 4 |
85 |
113 |
결정질 |
실시예 5 |
83 |
112 |
결정질 |
실시예 6 |
88 |
116 |
결정질 |
상기 표 4를 통하여, 일 구현예에 따라 인듐(In), 갈륨(Ga), 바륨(Ba), 아연(Zn) 및 산소(O)를 포함하고, (In+Ga)/(In+Ga+Ba+Zn)의 원자비(at%)가 15 내지 85 인 금속 산화물 조성물을 이용한 실시예 1 내지 6의 경우 투명성 및 도전성이 우수함을 확인할 수 있다.
또한 XRD 측정 결과 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 도전성막은 비정질이고, 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 도전성막은 결정질임을 확인할 수 있다. 도 1은 실시예 1에 따라 제조된 도전성막의 단면에 대한 주사전자현미경(XRD) 사진이며, 이를 참조하면 실시예 1에 따라 제조된 도전성막은 비정질임을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실 시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.