KR20030075992A - 인듐산화물 분말 및 인듐 주석 산화물 타겟의 제조방법 - Google Patents

인듐산화물 분말 및 인듐 주석 산화물 타겟의 제조방법 Download PDF

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Abstract

인듐용액에 침전제를 첨가하여 침전법으로 In2O3분말을 제조하는 방법에 있어서, 2 ~ 5 M의 초기 인듐 이온 농도의 인듐 용액에 상기 용액의 pH가 5 ~ 9가 되도록 조절하면서 염기성 침전제를 0.5 ~ 4ℓ/min의 속도로 첨가하여 In(OH)3침전물을 얻은 후, 600 ~ 1,100℃에서 하소하여 In2O3분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 In2O3분말의 제조방법에 의하면, BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 In2O3분말을 용이하게 제조할 수 있다. 상기 In2O3분말을 사용하면 LCD, EL, FED 소자 등과 같은 디스플레이 소자의 고품질 투명전극을 제조하는데 사용될 수 있는 고밀도의 ITO 타겟을 얻을 수 있다.

Description

인듐산화물 분말, 그 제조방법 및 이를 사용한 고밀도 인듐 주석 산화물 타겟의 제조방법{Indium oxide powder, manufacturing method thereof, and manufacturing method of high density indium tin oxide target using the same}
본 발명은 In2O3분말 및 그 제조방법 및 인듐 주석 산화물(이하 "ITO"라 칭함) 타겟의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LCD, EL, FED 소자 등과 같은 디스플레이 소자의 고품질 투명전극을 진공증착하여 제조하는데 필요한 고밀도 ITO 타겟을 제조하는데 사용될 수 있는 In2O3분말 및 그 제조방법 및 이를 사용한 고밀도 ITO 타겟의 제조방법에 관한 것이다.
In2O3와 SnO2가 9:1의 무게비로 섞여 있는 ITO 필름은 높은 전도율과 가시광선의 투과성 등의 우수한 특성으로 인하여 LCD, EL, FED 등의 투명전극필름으로 많이 사용되고 있다. 이러한 ITO 필름은 ITO 타겟을 스퍼터링하여 유리기판과 같은 절연기판상에 코팅하여 형성되며, ITO 타겟은 ITO 분말을 소정의 형상, 예를 들면 판상의 직육면체의 형상으로 성형하여 고온에서 소결하여 얻는데, 스퍼터링법에 의하여 고품질의 ITO 필름을 기판상에 코팅하기 위해서는 ITO 타겟은 소결밀도가 높아야 한다. 왜냐하면 저밀도의 ITO 타겟을 사용하여 스퍼터링법으로 ITO 필름을 형성하는 경우 사용한 타겟 표면에서 노듈(nodule)이 쉽게 형성되어 생성된 ITO 필름의 품질 및 공정 수율을 저하시키기 때문이다.
따라서 고품질의 ITO 투명전극층을 형성하기 위하여는 고밀도의 ITO 타겟을 사용하여야 하며, 이러한 고밀도의 ITO 타겟을 제조하기 위해서는 ITO 분말의 1차입자(primary particle)의 크기를 조절해야 한다. 일반적으로 ITO 분말의 크기는 소결밀도와 반비례 관계에 있기 때문에 타겟의 소결밀도를 높이기 위해서는 분말크기를 작게 조절하여야 한다. 따라서 현재 이론밀도에 가까운 고밀도의 타겟을 얻기 위한 방법으로서 분말을 나노사이즈로 조절하고 있다. 또한 고밀도의 타겟을 제조할 수 있기 위해서는 ITO 분말의 크기가 작아야 할 뿐만 아니라 분말의 크기도 균일하게 조절되어야 하는데 그 이유는 다음과 같다. ITO 분말의 1차입자의 크기가 너무 미세하면 입자의 비표면적이 커져 소결밀도를 높이기 위한 구동력은 커지지만, 수산화물 하소후 입자의 분쇄가 어렵고, 타겟 성형시 입자 사이에 잔류하는 미세한 기공의 증가로 응력이 발생하여 크기가 큰 성형체를 얻기가 어렵다. 반대로 ITO 분말의 1차입자의 크기가 너무 크면 분말의 유동성 및 성형성은 우수하나 입자소결에 필요한 구동력이 너무 작고, 입자간에 잔류하는 기공이 너무 조대하여 기공 제거를 위한 많은 에너지를 필요로 한다. 이러한 이유로, 고밀도 ITO 타겟을 제조하기 위해서는 입자 크기가 일정 범위내에서 미세하고, 입자의 분포가 넓지 않으며, 2차 입자의 분쇄가 용이한 분말을 제조하여야 한다.
일반적으로 미세분말을 합성하는 방법 중 잘 알려진 기상법은 나노 사이즈의 분말을 합성할 수 있는 방법으로 현재 주목을 받고 있지만 대량 생산이 어려워 특수한 분말의 소량 합성에만 제한적으로 사용되고 있다. 또한 분말을 합성한 후 다시 작은 크기로 분쇄하여 입자크기를 작게 하는 방법은 분말의 1차입자를 제어하는 것이 아니라 1차입자가 모여 만들어진 2차입자의 입경을 제어하는 것으로서 1차입자의 입경을 변화시키지는 못한다.
따라서, 대량생산을 위한 분말합성법으로는 일반적으로 액상법을 이용하는데, 그 중에서도 침전제를 사용하여 용액중의 금속이온을 침전시킴으로써 분말을 얻는 침전법이 ITO분말을 제조하는 일반적인 방법으로 사용되고 있다.
침전법으로 만들어진 분말의 특성은 용액 농도, 반응 pH, 반응 온도, 침전제의 종류, 침전제 첨가속도 등에 의존한다. 즉, 일본 특허공개공보 평 10-182150호는 침전제를 변화하여 In2O3분말을 합성하는 방법을 개시하고 있으나, 침전제의 종류를 특정하고 있지 않다. 미국특허 5,401,701호는 침전제의 첨가속도와 첨가방법을 변화시키면서 인듐용액 농도의 약 3배 농도의 침전제를 사용하여 In2O3분말을 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 이론밀도의 99.5%이상인 타겟을 생산할 수 없는문제점이 있다. 미국특허 5, 866, 493호는 pH 7 ~ 12의 반응용액 및 약 15 ~ 25℃의 시효(aging)온도의 조건에서 In2O3분말을 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 본 특허에서는 시효 조건에 의존하지 않고 초기 반응 농도조절로 특정 크기의 입자를 갖는 In2O3분말을 합성하는 방법을 제시하고 있다. 미국특허 6,051,166호는 공침법에 의한 ITO 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 이 특허발명은 pH 4~6의 반응용액, 및 40~100℃의 침전반응 온도의 조건으로 분말침전조건을 변경시켜 입경 100 ~ 500nm의 In2O3분말을 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 분말의 입자크기가 커서 소결밀도 증가에 한계가 있는 문제점이 있다. 미국특허 6,099,982호는 35 ~ 40℃의 침전반응온도에서 침전제로서 (NH4)2CO3를 사용하여 In2O3분말을 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 이 제조법으로 얻은 분말로 ITO 타겟 제조시 이론밀도의 99.5%이상의 소결밀도를 얻을 수 없다. 미국특허 6,096,285호는 pH 6.8 ~ 7.5의 반응용액에서 침전제로서 NH4OH를 사용하여 In2O3분말을 제조하는 방법을 개시하고 있으나, 하소 후 다시 환원 분위기에서 열처리를 하여 특정한 결정 구조를 갖도록 합성하고 있다.
그러나 본 발명자들은 많은 실험 및 검토를 통하여 인듐용액의 농도 역시 침전에 의하여 얻어지는 In2O3분말의 특성을 결정짓는 중요한 인자임을 발견하였으나, 상기한 특허명세서에서는 침전반응이 일어나는 인듐용액의 농도에 대해서 특별한 언급이 없다. 따라서 인듐용액의 pH, 침전반응이 일어나는 온도, 침전제의 종류와 침전제의 첨가속도 등의 면에서 동일한 조건에서 In2O3분말을 합성하더라도 In2O3분말의 표면적 및 입경 등을 조절하기 어려워 이에 의하여 제조된 In2O3분말을 사용하여 고밀도의 ITO 타겟을 제조하는데 어려움이 있었다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 침전반응온도, 인듐 용액의 pH, In2O3침전물의 하소온도 등의 조건 뿐만 아니라 인듐 용액의 농도를 이들 조건과 함께 종합적으로 정밀하게 제어함으로써 고밀도의 ITO 타겟을 제조하는데 사용될 수 있는 In2O3분말 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이와 같이 제조된 In2O3분말을 이용하여 소결밀도가 이론밀도에 해당하는 7.0 내지 7.15의 ITO 타겟의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 일 태양에 따른 In2O3분말의 제조공정의 흐름도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에서 제조된 In2O3분말과 SnO2를 혼합하여 ITO 타겟을 제조하는 공정의 흐름도를 나타낸다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 것을 특징으로 하는 In2O3분말을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 또한
인듐용액에 침전제를 첨가하여 침전법으로 In2O3분말을 제조하는 방법에 있어서,
2 ~ 5 M의 초기 인듐 이온 농도의 인듐 용액에 상기 용액의 pH가 5 ~ 9가 되도록 조절하면서 염기성 침전제를 0.5 ~ 4ℓ/min의 속도로 첨가하여 In(OH)3침전물을 얻은 후, 600 ~ 1,100℃에서 하소하여 In2O3분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 In2O3분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 In2O3분말의 제조방법에 있어서, 상기 인듐용액은 인듐 금속을 산으로 용해시키거나 인듐 함유염을 물에 용해시켜 얻을 수 있는데, 상기 인듐 함유염은 InCl3또는 In(NO3)3인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 In2O3분말의 제조방법에 있어서, 상기 염기성 침전제는 NH4OH, NH3가스, NaOH, KOH, NH4HCO3, (NH4)2CO3또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 In2O3분말의 제조방법에 있어서, 상기 침전물을 하소하기 전에 상기 침전물을 수세 및 건조하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은,
BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 In2O3분말 80 ~ 95중량% 및 BET법으로 측정된 표면적이 1 ~ 16m2/g인 SnO2분말 5 ~ 20중량%의 혼합물을 성형하고 소결하는 것을 특징으로 하는 ITO 타겟의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 ITO 타겟의 제조방법에 있어서, 상기 ITO 타겟의 소결온도는 1,200 ~ 1,600℃인 것이 바람직하며, 이에 의하여 소결밀도 7.0 ~ 7.15의 ITO 타겟을 용이하게 얻을 수 있으며, 이에 의하여 얻어진 ITO 타겟을 사용하면 LCD, EL, FED 소자 등과 같은 디스플레이 소자의 고품질 투명전극을 용이하게 형성할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 In2O3분말, 그 제조방법 및 이를 사용한 ITO 타겟의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 침전반응온도, 인듐 용액의 pH, In2O3침전물의 하소온도 등의 조건 뿐만 아니라 인듐 용액의 농도를 이들 조건과 함께 종합적으로 정밀하게 제어하여야만 고밀도의 ITO 타겟을 제조하는데 사용될 수 있는 미세하고 균일하며 고순도의 In2O3분말을 제조할 수 있음을 수 많은 실험과 예의검토를 통하여 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
미세하고 균일하며 고순도의 In2O3분말을 제조하기 위해서는 인듐 용액의 농도도 중요한 제어인자로서 고려하여야 하는 이유는 다음과 같다. 즉, 침전법에서 입자의 형성 메카니즘을 살펴 보면, 반응 용액에 침전제가 첨가되기 시작하면서 용액중에 침전핵이 생성된다. 이 핵은 서로 충돌을 통하여 커지고 1차입자로 성장하게 된다. 이러한 1차 입자는 나노 사이즈의 분말을 의미한다. 이러한 침전 메카니즘의 관점에서 용액 농도는 침전시 침전핵의 개수와 충돌의 확률을 지배하게 되어입자의 크기와 형상에 영향을 미치게 된다. 즉, 고농도의 반응용액에서는 침전핵의 충돌 가능성이 높아서 저농도의 반응용액에서 보다 큰 입자를 만들 수 있으며, 다양한 형태의 충돌로 입자들은 여러 형상으로 침전된다. 특히 ITO 소결체의 밀도를 증가시키기 위해서는 구상의 입자를 얻는 것이 중요하다. 이러한 사실은 침전 조건 중 농도 조절이 중요함을 시사하고 있다. 특히, 인듐용액속으로 침전제를 첨가하여 In2O3분말을 얻는 경우에는 초기 인듐 농도에 따라 침전제 유입시 형성되는 입자의 형상과 크기가 좌우된다. 따라서 본 발명은 초기 인듐 용액의 농도를 일정하게 조절함으로써 고밀도의 ITO 타겟을 소결할 수 있는 구상의 특정 입경 및 표면적을 갖는 In2O3분말을 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 방법에 따라 얻어진 특정 입경 및 표면적을 갖는 In2O3분말과 혼합시 가장 높은 소결밀도의 ITO 타겟을 얻은 수 있는 SnO2분말의 입자 크기를 한정하여 고밀도의 ITO 타겟을 제조할 수 있는 방법도 제공한다.
이하에서는 먼저 도 1을 참조하면서 본 발명에 일 태양에 따른 In2O3분말의 제조공정을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 In2O3분말의 제조공정의 흐름도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, In2O3분말 제조의 원료로서는 인듐 금속 이외에 InCl3, In(NO3)3등 인듐을 함유하는 각종 염을 모두 사용(1)할 수 있다. 인듐 금속을 사용하는 경우에는 인듐 금속을 질산과 같은 산에 용해하여 인듐 용액으로 만들어 사용하며, 인듐 함유 염을 사용하는 경우에는 상기 염을 증류수에 용해하여 인듐 용액으로 하여 사용한다(3). 본 발명에서는 이 경우 초기 인듐 이온의 농도를 2 ~ 5M이 되도록 엄밀하게 제어한다. 인듐 이온의 농도가 2M 미만이면 침전 반응의 시간이 길어지고 수율이 낮아지는 문제점이 있으며, 인듐 이온의 농도가 5M을 초과하면 침전시 슬러리 농도가 진해져 침전제와 섞이지 않으며 불균일한 입자가 생성되는 문제점이 있음이 밝혀졌다.
이어서 위에서 얻은 인듐 용액에 염기성 침전제를 첨가하여 In(OH)3침전물의 형태로 침전시킨다(5). 염기성 침전제의 종류는 제한되지 않으며, NH4OH, NH3가스, NaOH, KOH, NH4HCO3, (NH4)2CO3또는 이들의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 이때 침전제의 첨가속도는 0.5 ~ 4ℓ/min 으로 조절한다. 0.5ℓ/min 미만이면 침전반응시간이 길어지며, 4ℓ/min을 초과하면 침전제가 균일하게 섞이지 않고 용액내에서 부분 침전이 일어나 침전 입자들이 불규칙한 형태를 갖는 문제점이 있다.
한편, 침전반응에 있어서 인듐 용액의 pH는 5 ~ 9로 조절된다. pH 5 미만이면 침전 입자가 너무 미세하게 되고, pH 9를 초과하면 여과액에 OH기가 많이 남아 환경적인 면에서 바람직하지 못하다.
계속해서 침전물을 시효하고 원심분리기를 통하여 분리한 후 수세한다(7). 이어서 수세된 침전물을 오븐에서 건조(9), 분쇄하고, 분쇄된 분말을 전기로에서 하소(11; calcination)하여 In2O3분말을 얻는다. 이때 하소 온도는 600 ~ 1100 ℃로 조절한다. 하소온도가 600℃ 미만이면 In2O3분말의 크기가 너무 미세하게 되고,1100℃를 초과하면 In2O3분말이 소결(sintering)되는 문제점이 나타난다.
이상과 같은 본 발명의 In2O3분말의 제조방법에 따르면 BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 In2O3분말을 용이하게 얻을 수 있다. In2O3분말의 BET법으로 측정된 표면적이 5 m2/g(BET 측정입경 160nm) 미만이면 1차입자가 너무 커서 높은 소결밀도를 얻기 위한 구동력이 부족하고, 18m2/g(BET 측정입경 40nm)를 초과하면 1차입자가 너무 미세하여 성형시 문제점이 발생하여, 높은 성형밀도를 얻기 어렵고 결과적으로 높은 소결밀도를 얻기 어렵다.
이어서 위와 같은 본 발명의 제조방법에 의하여 얻어진 것으로서 BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, 또한 BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 In2O3분말을 이용하여 고밀도의 ITO 타겟을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에서 제조된 In2O3분말과 SnO2를 혼합하여 ITO 타겟을 제조하는 공정의 흐름도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 먼저 본 발명에서 제조된 In2O3분말 80 ~ 95중량% 및 BET법으로 측정된 표면적이 1 ~ 16m2/g, 바람직하게는 BET법으로 측정된 표면적이 4 ~15m2/g인 SnO2분말 5 ~ 20중량%을 취하여 볼밀링 등의 혼합방법을 통하여 혼합된 분말을 얻는다(15). 이어서 혼합된 분말을 건조하고 판상의 직육면체 형상의 타겟으로 성형한다(17). 계속해서 이 성형물을 1,200 ~ 1,600℃의 소결로에서 열처리하여 ITO 타겟을 얻는다(19). 최종적으로 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도를 측정하여 특성을 평가한다. 소결온도가 1,200℃ 미만이면 소결시 두 산화물이 완전한 고용체를 형성하기 어려울 뿐만 아니라 높은 소결밀도를 얻기 위한 에너지가 부족하다. 1600℃를 초과하면 두 산화물의 상변화와 소결을 위한 충분한 에너지가 공급되지만, In2O3, SnO2는 고온에서 휘발성이 있어 높은 온도에서 장시간 소결시 타겟의 수율이 낮아진다.
이어서 실시예를 통하여 본원발명에 따른 In2O3분말의 제조방법 및 ITO 타겟의 제조방법을 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명에 따른 제조방법을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 것으로서 본원발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않음은 물론이다.
SnO 2 의 합성
먼저 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 7에서 In2O3분말과 혼합하여 ITO 타겟을 소결하는데 사용하는 SnO2의 합성법을 설명한다. SnCl4를 증류수에 녹여 1.0M농도의 주석 이온 용액을 만들고, 이 용액에 OH기를 가진 침전제를 1ℓ/min의 속도로 첨가하여 이 Sn(OH)X침전물을 얻었다. 이 Sn(OH)X침전물을 20 ~ 24시간 동안 시효하였다. 시효후 침전물을 원심분리기를 통하여 분리하고 증류수로 수세하였다. 100℃ 오븐에서 침전물을 건조후 분쇄하고 700℃의 전기로에서 2시간동안 하소하여 SnO2를 얻었다. 이렇게 하여 얻어진 SnO2분말의 BET법으로 측정한 표면적은 10m2/g이었다.
실시예 1
먼저 인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 용액의 pH는 8이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 18 - 24시간 동안 시효한 후, 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 700℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 18m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말을 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2와 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 가로 20cm ×세로 15cm ×두께 1cm의 ITO 타겟의 소결밀도는 7.13g/cm3이었다.
실시예 2
60% 농도의 질산 1L에 인듐 금속 287.2g을 넣고 모두 용해시켜 3M 농도의 인듐 In(NO3)3용액을 얻었다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 용액의 pH는 8이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 18 - 24시간 동안 시효한 후, 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 800℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 17m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말을 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2와 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 가로 20cm ×세로 15cm ×두께 1cm의 ITO 타겟의 소결밀도는 7.14g/cm3이었다.
실시예 3
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 0.5ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응의 종료시 용액의 pH는 8이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 18 - 24시간 동안 시효한 후, 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 800℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 16m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말을 BET법에 의한 표면적이 10m2/g의 SnO2와 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 가로 20cm ×세로 15cm ×두께 1cm의 ITO 타겟의 소결밀도는 7.08g/cm3이었다.
실시예 4
인듐 이온의 농도가 3.0M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응의 종료시 용액의 pH는 7이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 800℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 14m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 가로 20cm ×세로 15cm ×두께 1cm의 ITO 타겟의 소결밀도는 7.10g/cm3이었다.
실시예 5
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응의 종료시 용액의 pH는 7이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 850℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 11m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 가로 20cm ×세로 15cm ×두께 1cm의 ITO 타겟의 소결밀도는 7.13g/cm3이었다.
실시예 6
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 1ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응의 종료시 용액의 pH는 7이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 850℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 12m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 가로 20cm ×세로 15cm ×두께 1cm의 ITO 타겟의 소결밀도는 7.12g/cm3이었다.
비교예 1
인듐 이온의 농도가 1.0M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 8이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 700℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 25m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.91g/cm3이었다.
비교예 2
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 0.05ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 8이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 700℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 30m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.30g/cm3이었다.
비교예 3
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 4가 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 700℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 23m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.60g/cm3이었다.
비교예 4
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 8이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 500℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 32m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2을 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.48g/cm3이었다.
비교예 5
인듐 이온의 농도가 5.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2 ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 8이 되도록 조절하였다. 반응액의 농도가 높아 슬러리의 점도가 매우 높았다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 800℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 4.5m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2를 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.18g/cm3이었다.
비교예 6
인듐 이온의 농도가 2.5M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 8이 되도록 조절하였다.이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 1200℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 하소 후 분말을 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 결과 입자가 거대하게 성장했음을 알 수 있었다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 4.3m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2를 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.51g/cm3이었다.
비교예 7
인듐 이온의 농도가 3.0M이 되도록 하는 양의 In(NO3)3을 취하여 증류수에 용해시켰다. 이 용액에 침전제로서 28% NH4OH를 2 ℓ/min의 속도로 첨가하여 침전물을 얻었다. 이 침전반응에 있어서 침전반응종료시 용액의 pH가 10이 되도록 조절하였다. 이렇게 하여 얻어진 침전물을 교반한 후 18 - 24시간 동안 시효하고 원심분리기를 사용하여 세척하였다. 세척시 암모니아 냄새가 심하게 났다 .세척 후 100℃의 오븐에서 침전물을 건조시킨 후, 건조된 분말을 볼밀링하여 분쇄하였다. 계속해서, 분쇄된 분말을 800℃의 전기로에서 2시간 하소하였다. 하소 후 분말을 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 결과 입자가 거대하게 성장했음을 알 수 있었다. 얻어진 In2O3분말의 BET법에 의하여 측정한 표면적은 31m2/g 이었다.
이렇게 하여 얻은 In2O3분말과 BET법에 의한 표면적이 10m2/g인 SnO2를 볼밀링을 통하여 무게비 90 : 10이 되도록 혼합한 분말을 성형틀에 넣고 소정의 형상으로 성형한 후 소결하였다. 이렇게 하여 얻어진 ITO 타겟의 소결밀도는 6.67g/cm3이었다.
인듐농도(M) 침전제첨가속도(ℓ/min) 반응pH 하소온도(℃) In2O3BET표면적(m2/g) In2O3입자크기(nm) SnO2BET표면적(m2/g) SnO2입자크기(nm) ITO 타겟소결밀도 (g/cm3)
실시예1 2.5 2 8 700 18 46 10 86 7.13
실시예2 3.0 2 8 800 17 49 10 86 7.14
실시예3 2.5 0.5 8 800 16 52 10 86 7.08
실시예4 3.0 2 7 800 14 60 10 86 7.10
실시예5 2.5 2 7 850 11 76 10 86 7.13
실시예6 2,5 1 7 850 12 70 10 86 7.12
비교예1 1.0 2 8 700 25 34 10 86 6.91
비교예2 2.5 0.05 8 700 30 28 10 86 6.30
비교예3 2.5 2 4 700 23 36 10 86 6.60
비교예4 2.5 2 8 500 32 26 10 86 6.48
비교예5 5.5 2 8 800 4.5 187 10 86 6.18
비교예6 2.5 2 8 1,200 4.3 195 10 86 6.51
비교예7 3.0 2 10 800 31 27 10 86 6.67
표 1은 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 7에서 합성된 ITO 타겟의 소결밀도, 합성조건등을 종합한 것이다. 표 1을 참조하면, 침전제의 첨가속도, 인듐용액의 pH, 하소온도 뿐만 아니라 인듐용액의 농도를 조절하여 얻은 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 6의 In2O3분말을 SnO2분말과 혼합하여 소결하면 7.0g/cm3이상의 고밀도를 갖는 ITO 타겟을 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있다. 특히 실시예 1, 2, 5, 6의 경우에는 소결된 ITO 타겟의 밀도가 이론밀도인 7.15g/cm3에 거의 근접하는 매우 큰소결밀도를 얻을 수 있었다.
본 발명의 방법에 따르면, 1차입자의 입경이 40 ~ 160 nm로 균일하고 2차입자(2차입자의 입경은 D50 또는 D90이 1㎛이하)의 해쇄가 용이한 In2O3분말을 용이하게 제조할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 방법에 의하여 제조된 In2O3분말을 이용하여 일정한 입경의 SnO2입자와 혼합하여 소결하면 고밀도의 ITO 타겟을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 본 발명에서 얻은 고밀도의 ITO 타겟을 사용하여 스퍼터링하면 LCD, EL, FED 등의 디스플레이 소자를 제조할 때 고품질의 투명전극 필름을 형성할 수 있다.

Claims (9)

  1. BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 것을 특징으로 하는 In2O3분말.
  2. 인듐용액에 침전제를 첨가하여 침전법으로 In2O3분말을 제조하는 방법에 있어서,
    2 ~ 5 M의 초기 인듐 이온 농도의 인듐 용액에 상기 용액의 pH가 5 ~ 9가 되도록 조절하면서 염기성 침전제를 0.5 ~ 4ℓ/min의 속도로 첨가하여 In(OH)3침전물을 얻은 후, 이를 600 ~ 1,100℃에서 하소하여 In2O3분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 In2O3분말의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인듐용액은 인듐 금속을 산으로 용해시키거나 인듐 함유염을 물에 용해시켜 얻은 것을 특징으로 하는 In2O3분말 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 인듐 함유염은 InCl3또는 In(NO3)3인 것을 특징으로 하는 In2O3분말 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 염기성 침전제는 NH4OH, NH3가스, NaOH, KOH, NH4HCO3, (NH4)2CO3또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 In2O3분말 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 침전물을 하소하기 전에 상기 침전물을 수세 및 건조하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 In2O3분말 제조방법.
  7. BET법으로 측정된 표면적이 5 ~ 18m2/g이고, BET법으로 측정된 입자크기가 40 ~ 160 nm인 In2O3분말 80 ~ 95중량% 및 BET법으로 측정된 표면적이 1 ~ 16m2/g인SnO2분말 5 ~ 20중량%의 혼합물을 성형하고 소결하는 것을 특징으로 하는 인듐 주석 산화물(ITO) 타겟의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인듐 주석 산화물(ITO) 타겟의 소결밀도는 7.0 ~ 7.15인 것을 특징으로 하는 인듐 주석 산화물(ITO) 타겟의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 인듐 주석 산화물(ITO) 타겟의 소결온도는 1,200 ~ 1,600℃인 것을 특징으로 하는 인듐 주석 산화물(ITO) 타겟의 제조방법.
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