KR20100083464A

KR20100083464A - 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법

Info

Publication number: KR20100083464A
Application number: KR1020090002849A
Authority: KR
Inventors: 박기엽
Original assignee: 부산정보대학산학협력단
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-22

Abstract

본 발명은 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법으로서, 그 구성은 정량의 산화아연을 준비하고, 증류수 또는 아세톤과 혼합하는 과정과, 혼합된 물질을 분쇄 및 건조하는 과정과, 분쇄 및 건조된 분말을 하소(calcination)하는 과정과, 하소된 분말을 분쇄 및 체질(sieving)하는 과정과, 분말을 압축 성형하는 과정과, 소결 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 결함이 억제된 타겟 제조 기술을 확보하고, 열처리와 하소 공정의 최적 조합으로 균일한 결정립을 갖는 타겟의 제조가 가능한 효과가 있다.

광센서, 산화아연, 스퍼터링, 타겟

Description

광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF ZnO SPUTTERING TARGET FOR OPTICAL SENSOR}

본 발명은 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결함이 억제된 타겟 제조 기술을 확보하고, 열처리와 하소 공정의 최적 조합으로 균일한 결정립을 갖는 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 투명 전극막의 응용분야는 평판 표시소자 및 박막 태양전지를 구성하는 창 재료, 우수한 적외선 및 자외선 차단 특성을 이용한 에너지 절약형 창유리 커팅 재료, 정전기 방지를 위한 포장재료 광전소자 및 heat mirror 등이 있다. 이들 투명 전극막은 금속 산화물계가 주로 이용되고, 이를 주재료에 따라 분류하면 ZnO 계, SnO 계 등으로 나누어진다.

그 중, ZnO 계는 환원성 분위기에 대한 내구성, 투광성 및 가격면에서 뛰어난 특성을 가지고 있다. 그리고 산화물계 화합물 반도체인 ZnO는 제조 조건을 달리하거나, 도핑 물질 같은 불순물을 첨가함으로써 넓은 범위에 걸쳐 전기 전도성의 조절이 가능하다. ZnO는 그 물질이 갖는 다양성 때문에, 현재 여러 응용분야에서 각광을 받고 있다. 뛰어난 특성 중의 하나가 폭 넓은 비저항률을 갖는 박막을 용이하게 실현할 수 있다는 것이다.

현재, ZnO 타겟은 대부분 수입에 의존하고 있고, 가격이 고가이며, 이러한 타겟으로 증착된 광도전소자는 단가 상승을 초래한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 국내에서 직접 제조할 수 있고, 수입 타겟과 같은 신뢰성을 구축할 수 있는 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 결함이 억제된 타겟 제조 기술을 확보하고, 열처리와 하소 공정의 최적 조합으로 균일한 결정립을 갖는 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래에 사용되지 못한 일반 소결법으로 제조되는 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법은, 정량의 산화아연을 준비하고, 증류수 또는 아세톤과 혼합하는 과정과, 상기 혼합된 물질을 분쇄 및 건조하는 과정과, 상기 분쇄 및 건조된 분말을 하소(calcination)하는 과정과, 상기 하소된 분말을 분쇄 및 체질(sieving)하는 과정과, 상기 분말을 압축 성형하는 과정과, 소결 처리하는 과정을 포함하는 것에 특징이 있다.

그리고 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법의 상기 혼합 과정은, 순도 99.99% 이상의 산화아연 및 산화알루미늄을 약 250g 준비하고, 상기 분쇄 및 건조 과정은, 지르코니아 볼에서 24 시간동안 ball-milling 하여 분쇄하고, 100℃에서 24시간 건조하며, 상기 하소 과정은, 800~850℃의 전기로에서 1~2시간 동안 하소하고, 상기 분쇄 및 체질 과정은, 마노유발에서 고운 입자로 분쇄하고, 45 mesh 체를 이용하여 체질함으로써 그레뉼 상태의 분말을 만들며, 상기 성형 과정은, PVA(폴리비닐알콜) 4wt%를 넣고 경합금 원형 성형틀에서 압축성형하고, 상기 소결 과정은, 4 시간동안 1100~1200℃의 고온 소성 전기로에서 소결하는 것에 특징이 있다.

본 발명은 결함이 억제된 타겟 제조 기술을 확보하고, 열처리와 하소 공정의 최적 조합으로 균일한 결정립을 갖는 타겟의 제조가 가능한 효과가 있다.

수입되는 타겟에 비하여 단가가 1/4 정도로 경제성이 있고, 수요자의 요구 사항에 맞는 조성비의 제작이 가능하다. 그리고 국산화의 기술경쟁력이 확보될 수 있고, 반도체 및 광센서와 광 디스플레이어용 박막에 응용될 타겟으로 증착 시, 소자의 단가 하락이 기대될 수 있다.

산화아연 박막은 전기적, 광학적, 구조적으로 매우 다양성을 가진 재료이므로, 광전자적 장치에 꼭 필요한 소모재료이고, 많이 응용되고 있으며, 그 범위는 점차 확대될 것으로 기대된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 실시예에 따른 광센서용 산화아연 타겟은 불순물의 첨가량과 소결 온도를 다양하게 변화시켜, 낮은 비저항률을 갖도록 제조된다. 그리고 특성 변수들인 고주파 전력, 기판 온도 및 스퍼터링 압력을 변화시켜 최적 조건에 맞는 양질의 광도전성 산화아연 타겟을 제조한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟을 제조하기 위하여, 정량의 산화아연(ZnO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃)을 준비하여 혼합한다. 즉, 순도 99.99% 이상의 산화아연을 준비하고, 조성비에 맞게 10~5g까지 칭량(稱量)한 후, 최종 약 250g의 파우더를 만든다(S101). 그리고 유기 용기에 증류수 또는 아세톤과 혼합한(S103).

이어서, 혼합된 물질을 분쇄 및 건조시킨다. 즉, 혼합된 물질을 지르코니아볼을 사용하여 24 시간동안 ball-milling하여 분쇄한다(S105). 그리고 100℃에서 24 시간동안 건조시킨다(S107).

다음으로, 분쇄 및 건조된 분말을 마노유발에 넣고, 그라인드(grind) 한다(S109).

이어서, 그라인드된 분말을 하소한다(S111). 그라인드된 분말을 전기로에 넣고, 800~850℃에서 1 시간에서 2 시간정도 하소(calcination)한다. 이 때, 승온 속도는 150℃/1시간으로 한다.

다음으로, 하소된 분말을 분쇄 및 체질(sieving)한다. 즉, 하소된 산화아연 분말을 마노유발에 넣고 고운 입자로 만든다(S113). 그리고 입도를 균일하게 하기 위하여, 45 mesh 체를 이용하여 체질하여 그레뉼 상태의 분말을 만든다(S115).

이어서, 성형한다. 합성제인 PVA(polyvinyl alcohol; 폴리비닐알콜) 4wt%를 넣고, 경합금 원형 성형틀에서 압축 성형을 수행한다(S117). 이 때, 압력은 1000~1500kg/㎠로 한다. 경합금의 원형 성형틀은 4 inch 또는 6 inch일 수 있다. 이러한 성형 과정이 도 2a 내지 도 2d에 도시된다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법에서 압축 성형 과정을 나타낸 사진이다.

도 2a는 4inch 타겟 금형 몰드이다. 여기서, 소결된 시료를 도 2b에 도시된 바와 같이, 몰드에 투입하고, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상/하부 금형몰드를 조합한다. 이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 프레스 공정을 수행함으로써, 본 실시예에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟의 압축 성형 과정을 수행한다.

다음으로, 소결 과정을 수행한다(S119). 산화아연 성형체를 고온 소성 프레스 전기로를 사용하여, 1100~1200℃에서 4 시간동안 소결한다. 여기서, 승온 속도 는 150℃/1시간이다.

이어서, 자연냉각을 수행하고(S121), 벌크 표면의 roughness를 좋게 하기 위하여, 샌드페이퍼(sand paper)와 다이아몬드 페이스트(diamond paste)이용하여 그라인딩한다(S123).

다음으로, 아세톤 등으로 클리닝을 하여(S125), 산화아연 타겟을 제작한다(S127). 제작된 산화아연 타겟이 도 3에 도시된다. 도 3은 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법으로 제조된 타겟 시편을 나타낸 사진이다.

한편, 본 실시예에 따른 광센서용 스퍼터링 산화아연 타겟 제조 방법은 전술한 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 이는 본원발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법에서 압축 성형 과정을 나타낸 사진이다.

도 3은 본 발명에 따른 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법으로 제조된 타겟 시편을 나타낸 사진이다.

Claims

광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법에 있어서,

정량의 산화아연과 산화알루미늄을 준비하고, 증류수 또는 아세톤과 혼합하 는 과정과,

상기 혼합된 물질을 분쇄 및 건조하는 과정과,

상기 분쇄 및 건조된 분말을 하소(calcination)하는 과정과,

상기 하소된 분말을 분쇄 및 체질(sieving)하는 과정과,

상기 분말을 압축 성형하는 과정과,

소결하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법.
제1 항에 있어서,

상기 혼합 과정은, 순도 99.99% 이상의 산화아연과 산화알루미늄을 약 250g 준비하고,

상기 분쇄 및 건조 과정은, 지르코니아 볼에서 24 시간동안 ball-milling 하여 분쇄하고, 100℃에서 24시간 건조하며,

상기 하소 과정은, 800~850℃의 전기로에서 1~2시간 동안 하소하고,

상기 분쇄 및 체질 과정은, 마노유발에서 고운 입자로 분쇄하고, 45 mesh 체를 이용하여 체질함으로써 그레뉼 상태의 분말을 만들며,

상기 성형 과정은, PVA(polyvinyl alcohol; 폴리비닐알콜) 4wt%를 넣고 경합금 원형 성형틀에서 압축성형하고,

상기 소결 과정은, 4 시간동안 1100~1200℃의 고온 소성 프레스 전기로에서 소결하는 것을 특징으로 하는 광센서용 산화아연 스퍼터링 타겟 제조 방법.