KR20180045155A - 스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법 - Google Patents

스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180045155A
KR20180045155A KR1020160138959A KR20160138959A KR20180045155A KR 20180045155 A KR20180045155 A KR 20180045155A KR 1020160138959 A KR1020160138959 A KR 1020160138959A KR 20160138959 A KR20160138959 A KR 20160138959A KR 20180045155 A KR20180045155 A KR 20180045155A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal oxide
transparent conductive
conductive film
manufacturing
composite metal
Prior art date
Application number
KR1020160138959A
Other languages
English (en)
Inventor
김상헌
Original Assignee
한밭대학교 산학협력단
한밭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한밭대학교 산학협력단, 한밭대학교 산학협력단 filed Critical 한밭대학교 산학협력단
Priority to KR1020160138959A priority Critical patent/KR20180045155A/ko
Publication of KR20180045155A publication Critical patent/KR20180045155A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/62615—High energy or reactive ball milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

인듐 전구체 및 티타늄 전구체 혼합용액을 알칼리 처리하여 제조하는 복합금속 산화물의 제조단계; 상기 복합금속 수산화물을 예비 소성하여 복합금속 산화물을 제조하는 산화단계; 얻어진 복합금속 산화물 분말을 포트에 넣고, 습식 볼밀 및 분쇄하며, 분쇄 시 바인더를 첨가하는 분쇄 및 혼합단계; 및 상기 예비 소성된 복합금속 산화물을 소결하여 금속 산화물 소결체를 제조하는 단계;를 포함하는 스퍼터링 타겟 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 제조된 투명 도전막은 전기전도성이 높으며, 적외선 투과도가 높고, 열안정성이 뛰어난 장점이 있다.

Description

스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법{Manufacturing method of sputtering target and transparent conductive film}
본 발명은 태양전지용 투명 도전막의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 스퍼터링을 이용한 투명 도전막의 제조에 있어서, 미세한 크기의 복합금속 수산화물을 이용하여 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법으로 전기전도성, 적외선 투과율이 뛰어난 투명 도전막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
투명 도전막은 태양전지, 평판표시장치 및 감광소자 등의 투명전극으로 이용될 수 있다. 뿐만 아니라, 투명 도전막은 자동차 윈도우나 건축용 열선반사막, 대전방지막이나 냉동 쇼 케이스용 등의 방담용 투명 발광체 등으로도 널리 사용될 수 있다. 이러한 투명 도전막이 투명전극으로 사용되기 위해서는 높은 광투과율과 높은 전기전도도를 필요로 한다. 구체적으로, 투명전극은 가시광선 영역에서의 광투과율이 85 %이상 확보되어야 하며, 비저항은 1×10-4 Ω·㎝ 보다 낮아야 투명전극으로서의 실효성을 확보할 수 있다.
이러한 투명 도전막으로는 주로 금속 산화물을 포함하는 박막을 이용한다. 일예로, 금속 산화물 투명 도전막은 산화주석계 박막, 산화아연계 박막 및 산화인듐계 박막 등을 주로 이용한다. 더욱 구체적으로, 산화주석계 박막은 주로 도펀트로 안티몬을 포함하는 박막(ATO 박막) 또는 도펀트로 불소를 포함하는 박막(FTO 박막) 등이 있으며, 산화 아연계 박막은 주로 도펀트로 갈륨을 포함하는 박막(GZO 박막)이 이용된다. 그리고 산화인듐계 박막으로는 주로 인듐 주석 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)와 인듐 아연 옥사이드(Indium Zinc Oxide, IZO)가 주로 이용된다. 이 중에서도 ITO 박막은 양호한 전기적 특성을 가져 현재 투명 전극 재질로 가장 많이 사용되는 박막 중 하나이다.
이러한 투명 도전막은 태양전지에도 필수적인 구성이다. 태양전지에 사용되는 투명 도전막은 비저항이 낮고, 광투과도가 높은 특성을 요구한다. 이러한 특성에 맞는 투명 도전막으로는 주로 FTO 또는 ITO가 사용되었다. 그러나 이러한 FTO 또는 ITO는 화학적 기상 증착법이나 물리적 기상 증착법을 이용하여 제조되며, 이러한 기상 증착법은 공정이 복잡하며 제작비용이 높은 문제점이 있다. 나아가, 이러한 FTO 또는 ITO는 적외선 영역에서의 광투과도가 낮은 한계가 있어, 결과적으로 태양전지의 효율 향상에는 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 치밀구조의 투명 도전막용 타겟 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 금속 전구체를 알칼리 처리하여 50 ㎚이하의 균일한 입도분포를 가지는 초미세합성분말을 이용하여 높은 소결구동력을 가지는 타겟 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저온 열처리 공정에서도 결정화 되는 투명 도전막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비저항이 낮으면서 전하이동도가 높고, 낮은 캐리어 농도를 가지면서도 적외선 영역에서 투과율이 85% 이상인 투명 도전막을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법은
인듐 전구체 및 티타늄 전구체 혼합용액을 알칼리 처리하여 제조하는 복합금속 산화물의 제조단계; 상기 복합금속 수산화물을 예비 소성하여 복합금속 산화물을 제조하는 산화단계; 얻어진 복합금속 산화물 분말을 포트에 넣고, 습식 볼밀 및 분쇄하며, 분쇄 시 바인더를 첨가하는 분쇄 및 혼합단계; 및 상기 예비 소성된 복합금속 산화물을 소결하여 금속 산화물 소결체를 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상기 산화단계는 180 내지 280 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상기 금속 산화물 소결체를 제조하는 단계의 소결은 1250 내지 1600 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상기 복합금속 산화물은 산화인듐 50~99.99 중량 % 및 산화티타늄 0.01~50 중량 %를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상가 복합금속 수산화물은 인듐, 티타늄 및 인듐과 티타늄 이외의 다른 금속을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 투명 도전막의 제조방법을 제공하며, 투명 도전막은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법으로 제조된 스퍼터링 타겟을 증착하여 증착막이 형성된 기재를 형성하는 단계; 및
상기 증착막이 형성된 기재를 열처리하는 열처리 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 투명 도전막은 1200 내지 2500 ㎚의 파장 영역에서 광투과율이 85%이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 투명도전막은 상기 투명도전막은 전하이동도가 70 ~ 100 cm2/V·s이며 캐리어농도가 1x1020~ 4x1020 cm-3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 투명도전막은 50 내지 300 ℃의 저온 열처리를 하기 전에도 결정성을 가지며 상기 저온 열처리 후에는 결정성이 증대되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 타겟 제조방법은 금속 전구체를 알칼리 처리하는 방법을 이용하여 50 ㎚이하의 초미세 합성분말을 제조함으로써 보다 치밀한 구조의 타겟을 제조할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 이러한 장점에 의해 스퍼터링 시 생성되는 투명 도전막의 품질이 현저히 향상될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 타겟으로 제조된 투명 도전막을 제공하며, 인듐 및 티타늄의 복합산화물로 구성된 투명 도전막은 저온 열처리 공정에서도 결정화 되어 전기전도도가 우수하면서도 가시광선뿐만 아니라 적외선 영역에서도 높은 투과율을 가지는 투명 도전막을 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 투명 도전막의 파장별 광투과도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 투명 도전막의 열처리 전 후 결정형태를 관찰한 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 의한 투명 도전막의 열처리 전 후 결정 생성여부를 관찰한 SEM 사진이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지용 투명 도전막의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은,
인듐 전구체 및 티타늄 전구체 혼합용액을 알칼리 처리하여 제조하는 복합금속 산화물의 제조단계; 상기 복합금속 수산화물을 예비 소성하여 복합금속 산화물을 제조하는 산화단계; 얻어진 복합금속 산화물 분말을 포트에 넣고, 습식 볼밀 및 분쇄하며, 분쇄 시 바인더를 첨가하는 분쇄 및 혼합단계; 및 상기 예비 소성된 복합금속 산화물을 소결하여 금속 산화물 소결체를 제조하는 단계;를 포함하는 스퍼터링 타겟 제조방법 및 이러한 스퍼터링 타겟을 이용하여 제조된 투명 도전막에 관한 것이다.
본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 제조방법은 복합금속 수산화물을 소결 전 미리 예비 소성을 한 후 이를 소결하는 방법으로 스퍼터링 타겟을 제조함으로써 고용화가 용이하여 조성이 균일한 투명 도전막을 형성할 수 있고, 스퍼터링 시 증착막에 크랙이나 노듈(nodule)이 생성되는 것을 예방할 수 있다.
본 발명에 의한 상기 제조방법으로 제조된 스퍼터링 타겟으로 형성된 투명 도전막은 결정성을 가지며 저항이 낮고 광투과도가 높아 특히 태양전지에 사용이 유용한 장점이 있다. 종래 태양전지에 사용되는 투명 전극의 경우 양호한 전기전도성 및 광투과성을 확보하기 위한 박막 재료들을 이용하며, 이를 위해 물리적 기상증착법이나 화학적 기상증착법을 이용하는 경우가 대부분이었다. 그러나 이러한 기상 증착법은 제조에 소요되는 비용이 지나치게 높으며, 공정이 복잡한 문제점이 있을 뿐만 아니라, 파장이 길어지는 적외선 영역에서의 광투과율이 양호하지 못한 문제점이 있다. 그러나 본 발명의 제조방법으로 제조된 투명 도전막은 상술한 바와 같이 저항이 낮으면서도 적외선 영역에서의 광투과율이 높아 태양전지에 이용이 적합한 장점이 있다.
본 발명에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 금속 전구체를 알칼리를 첨가하여 침전 시키는 방법을 이용하는 경우, 미세한 크기의 복합금속 수산화물이 만들어지면서 균질한 조성을 가지며 밀도가 높은 스퍼터링 타겟을 제조할 수 있고, 스퍼터링 시에도 증착막에서의 조성의 불균일을 방지할 수 있으며, 증착막의 크랙이나 노듈과 같은 문제점을 최소화할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 의한 복합금속 수산화물 제조단계에서 제조된 복합금속 수산화물의 평균 입경은 50 ㎚ 이하, 구체적으로는 평균 입경이 10 내지 50 ㎚일 수 있다. 이러한 50 ㎚ 이하의 초미세 복합금속 수산화물을 이용하여 스퍼터링 타겟을 제조하고 증착된 막을 저온 열처리하는 경우, 생성된 투명 도전막은 가시광선뿐만 아니라 적외선 영역에서도 광투과율이 현저히 높을 수 있다.
상세하게는, 인듐 및 티타늄을 포함하는 금속 산화물 소결체를 스퍼터링 하여 투명 도전막을 형성하고 후술하는 바와 같이 저온 열처리하는 경우, 형성된 투명 도전막의 적외선 영역에서의 광투과율은 80% 이상, 구체적으로는 85% 이상일 수 있다. 이는 적외선 영역의 빛을 흡수하는 태양전지에 특히 유용하게 이용될 수 있으며, 이때 본 발명에서 적외선 영역이라 함은 파장이 1200 내지 2500 ㎚의 영역을 의미한다.
이러한 결과는 명확히 밝혀진 것은 아니나, 상술한 바와 같이 현저히 작은 크기의 복합금속 수산화물을 이용하여 스퍼터링 타겟을 제조함으로써 발생하는 효과로 보인다. 구체적으로, 인듐 산화물 및 티타늄 산화물 입자를 각각 혼합하여 소결하는 방법으로 스퍼터링 타겟을 제조한다 하더라도, 적외선 영역에서의 광투과율은 60% 정도이며, 70%의 광투과율을 넘기기에는 현저한 어려움이 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 투명 도전막은 상술한 바와 같이 적외선 영역에서 80% 이상의 광투과율을 보이며, 이러한 광투과율의 현저한 상승에 의해 태양전지의 전력생산 효율을 현저히 상승시키는 결과로 이어질 수 있다.
이러한 효과는 고품질의 스퍼터링 타겟과 관련이 있다. 구체적으로, 스퍼터링의 경우 타겟이 하나의 전극이 되며, 아르곤이온 등과 같은 이온에 의해 타겟의 화합물들이 떨어져 기재상에 증착되는 방식이므로, 타겟의 품질이 증착막의 품질에 지대한 영향을 미친다. 일예로, 타겟에 포함된 불순물 또는 기공 등은 타겟에 흐르는 전류의 저항에 영향을 주며, 결과적으로 이러한 저항의 불균일에 의해 기재상에 노듈이나 크랙 등과 같은 문제가 발생하게 되는 것이다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟 제조방법에서 제조되는 스퍼터링 타겟은 상술한 바와 같이 50 ㎚이하의 극히 미세한 복합금속 수산화물로 제조되므로, 공극과 같이 스퍼터링 시에 영향을 줄 수 있는 요인을 최소화하며, 결과적으로 저항이 낮고 전기전도성이 높으며 가시광선 및 적외선 범위에서 광투과율이 뛰어난 투명 도전막을 제조할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 상기 복합금속 수산화물 제조단계는 상세하게는 인듐 전구체 및 티타늄 전구체로 구성된 금속 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 금속 전구체 용액에 알칼리를 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.
이러한 인듐 전구체 및 티타늄 전구체로 구성된 금속 전구체 용액에 의해 최종적으로 스퍼터링 타겟이 제조되며, 이러한 스퍼터링 타겟에 의해 증착막이 형성되고 열처리되는 경우, 5×10-5 내지 5×10-4 Ω·㎝의 낮은 비저항을 가지며, 70 내지 100 ㎠/V·s의 전하이동도를 가지고, 캐리어 농도가 1×1020 내지 4×1020 cm-3으로 전기전도도가 높은 투명도전막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
이때 인듐 전구체는 후술하는 산화단계에 의해 산화인듐(In2O3)을 생성할 수 있는 물질인 경우 제한이 없으나 구체적으로 질산인듐, 염화인듐 또는 인듐 아세테이트 등을 이용할 수 있으며, 티타늄 전구체 또한 후술하는 산화단계에 의해 이산화티탄(TiO2)를 생성할 수 있는 물질인 경우 제한이 없으나 테트라이소프로폭시티탄 또는 사염화티타늄 등을 이용할 수 있다.
또한 이러한 상기 금속 전구체는 산화인듐 기준으로 50~99.99 중량 % 및 산화티타늄 기준으로 0.01~50 중량 %, 바람직하게는 산화인듐 기준으로 90 내지 99.99 중량% 및 산화티타늄 기준으로 0.01 내지 10 중량 %를 포함할 수 있다.
인듐 전구체 대비 티타늄 전구체를 상기 범위로 포함하는 경우 후술하는 바와 같이 증착막이 형성된 이후 저온 열처리 공정으로도 결정이 형성되는 장점이 있다. 이는 곧 저온의 열처리로도 투명 도전막의 저항이 낮아질 수 있으며, 이에 의해 전기 전도성이 현저히 향상될 수 있음을 의미한다. 상세하게는, 티타늄 전구체를 상기 범위보다 적게 포함하는 경우, 저온에서 열처리로 결정이 형성되기 어려우며, 티타늄 전구체가 상기 범위보다 많이 첨가된 경우 스캐터링을 발생시켜 캐리어 집중화를 유발하는 문제점이 발생할 수 있다.
나아가 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 복합금속 수산화물 제조단계에서 상기 복합금속 수산화물은 인듐 및 티타늄 외에 다른 금속을 더 포함할 수 있다. 일예로, 주석, 아연, 갈륨 및 안티몬에서 선택되는 하나 이상의 기타 금속 전구체를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 이러한 기타금속 전구체를 더 포함하는 경우 복합금속 산화물 기준으로 50 내지 99.95 중량%의 산화인듐, 0.01 내지 40 중량%의 산화티타늄 및 0.01 내지 10 중량%의 기타금속 산화물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 전구체 용액을 제조하는 단계에서 사용되는 용매는 상술한 금속 전구체를 용해시킬 수 있는 용매인 경우 제한이 없으나, 구체적으로는 극성 양성자성 용매일 수 있고, 더욱 구체적으로는 저급 알코올 또는 물일 수 있으며, 구체적인 일예로 물일 수 있다. 나아가 이러한 금속 전구체 용액에서, 인듐 전구체는 전체 금속 전구체 용액 중 0.002 내지 0.25 몰농도, 구체적으로는 0.1 내지 1.0 몰농도를 포함할 수 있다. 인듐 전구체가 상기 농도로 포함되는 경우 복합금속 수산화물의 제조효율을 충분히 확보하면서도 지나치게 높은 농도에 의한 복합금속 수산화물의 응집을 예방할 수 있다.
또한, 상기 금속 전구체 용액 제조단계에서 금속 전구체 용액의 pH는 1 내지 4일 수 있으며, 이러한 pH의 조절을 위해 산을 더 첨가할 수 있다. 이때 산은 용액의 pH를 낮출 수 있는 물질인 경우 제한이 없으나 구체적으로 염산, 인산, 질산 및 황산 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있다. 이러한 금속 전구체 용액의 pH가 상기 범위 내인 경우, 후술하는 알칼리의 첨가에 의해 반응속도를 충분히 확보하면서도 과량의 산을 필요로 하지 않을 수 있다. 더 나아가, 이러한 상기 금속 전구체 용액의 제조단계는 30 내지 80 ℃의 온도에서 5 내지 20시간 동안 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상기 침전단계는 상술한 금속 전구체 용액에 알칼리를 첨가하는 단계를 포함한다. 알칼리를 첨가하는 경우, 용해된 금속 전구체가 복합금속 수산화물로 침전될 수 있으며, 구체적으로는 인듐 및 티타늄을 포함하는 복합금속 수산화물이 침전되어, 상술한 바와 같이 평균 입경 50 ㎚ 이하의 미세분말 형태의 복합금속 수산화물을 수득할 수 있다. 이때 첨가되는 알칼리는 상기 금속 전구체 용액의 pH가 7.5 내지 11, 구체적으로는 8 내지 10이 되도록 첨가될 수 있다. 구체적으로, 알칼리 첨가 전후의 pH가 상기와 같은 경우, pH의 차이에 의하여 상술한 바와 같은 평균 입경 10 내지 50 ㎚의 복합금속 수산화물 입자를 제조할 수 있다. 이때 사용되는 알칼리는 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 금속 전구체 용액의 pH가 상기 범위보다 낮은 경우 결정화가 어려워 금속 수산화물 침전을 수득하기 어려우며, pH가 상기 범위보다 높은 경우 세척 및 여과과정에서 지나치게 오랜 시간을 필요로 하여 오히려 제조효율이 저하되는 문제점이 있다. 더 나아가, 이러한 알칼리의 혼합단계는 금속 수산화물 침전물의 생성을 촉진하기 위하여 40 내지 80 ℃에서 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상기 침전단계 후 산화단계 전 복합금속 수산화물 침전을 분리, 세척하고 건조하는 단계를 더 포함할 수 있음은 물론이다. 침전된 상기 복합금속 수산화물을 분리한 뒤, 초순수 또는 알코올을 이용하여 수회 이상, 구체적으로는 2회 이상 10회 이하로 세척할 수 있으며 세척 후 감압건조, 열풍건조 등의 방법을 이용하여 건조한 후 후술하는 타겟 제조단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법에서 상기 산화단계는 상술한 복합금속 수산화물을 예비 소성하여 복합금속 산화물을 제조하는 단계를 의미한다. 이러한 산화단계는 구체적으로 180 내지 280 ℃, 바람직하게는 200 내지 250 ℃에서 수행될 수 있으며, 2시간 이상, 상세하게는 2시간 내지 48시간, 더욱 상세하게는 10 내지 25시간 동안 가열하는 단계일 수 있다.
이러한 예비 소성은 후술하는 소결 전 복합금속 수산화물을 복합금속 산화물로 전환시키는 단계로, 이렇게 상대적으로 저온으로 열처리 하여 소결이 아닌 산화만이 일어나게 함으로써, 복합금속 수산화물을 바로 소결처리 하여 발생하는 거대한 기공 등을 예방할 수 있으면서도, 상술한 50 ㎚이하의 복합금속 수산화물 입자를 일차적으로 응집시켜 응집된 입자를 제조함으로써 후술하는 바인더를 소량 사용할 수 있고, 결과적으로 소량의 바인더를 이용하여 바인더로 인해 발생할 수 있는 기공 등에 의한 문제점을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 이러한 산화단계 없이 바로 후술하는 소결단계를 수행하여 스퍼터링 타겟을 제조한 경우, 타겟 자체의 크랙 등과 같은 문제점이 발생하여 이후 균일한 증착막을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
이렇게 제조된 금속 산화물 분말은 구체적으로 평균입경이 1 내지 10 ㎛이고, 비표면적이 10 내지 30 ㎡/g일 수 있다. 평균 입경이 10 ㎛보다 크거나 비표면적이 10 ㎡/g보다 작은 경우, 추후 소결에 의하여 스퍼터링 타겟을 치밀한 구조로 형성하기 어려우며, 평균입경이 1 ㎛보다 작거나 비표면적이 30 ㎡/g보다 큰 경우 성형 시 스퍼터링 타겟에 균열이 발생할 위험이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 투명 도전막의 제조방법은 상기 산화단계 후 복합금속 산화물을 분쇄하고 소결하는 소결단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 소결에 의해 최종적으로 투명 도전막 제조용 스퍼터링 타겟을 제조할 수 있다. 구체적으로 복합금속 산화물을 분쇄하는 단계는 평균입경이 0.5 내지 1 ㎛가 되도록 분쇄하는 단계일 수 있다. 이때 분쇄는 입자를 분쇄할 수 있는 수단 또는 방법인 경우 제한이 없으나, 구체적으로는 습식 볼밀 분쇄할 수 있다. 습식 볼밀 분쇄를 이용하는 경우, 바람직하게는 매체로 물을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 입자크기로 분쇄하는 경우, 타겟 성형 시 성형밀도 및 소결밀도를 증대시켜 추후 스퍼터링 시 노듈 등과 같은 문제점을 예방할 수 있다. 구체적으로, 이러한 소결단계에 의해 제조된 복합금속 산화물 소결체를 아르키메데스법에 의해 상대 밀도를 측정하였고, 98% 이상의 상대 밀도를 가지는 매우 고밀도의 치밀한 타겟을 제조할 수 있다.
나아가, 상기 분쇄된 금속 산화물 분말은 소결 전 바인더를 첨가하고 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바인더는 분쇄된 복합금속 산화물이 일정한 형상을 이룰 수 있도록 바인딩 하는 것을 의미하며, 이러한 바인더는 일반적인 폴리머인 경우 제한이 없으나 구체적으로는 친수성 폴리머일 수 있으며, 일예로 폴리비닐알코올을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 성형단계는 사용하고자 하는 스퍼터링 기기에 적합한 모양으로 성형하는 단계일 수 있다.
나아가, 이러한 바인더는 복합금속 산화물 대비 0.3 내지 0.5 중량 %의 비율로 첨가될 수 있다. 바인더의 함량이 상기 범위보다 적은 경우, 바인딩의 효과를 충분히 도모하기 어려우며, 바인더의 함량이 상기범위 보다 많은 경우, 소결 시 다수의 바인더에 의해 타겟에 기공이 다수 형성되어 스퍼터링 시 노듈 등과 같은 문제점을 일으킬 수 있다.
본 발명에 의한 스퍼터링 타겟의 제조방법은 복합금속 산화물을 소결하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 이러한 소결은 복합금속 산화물을 충분히 결착시키면서도 과도한 에너지 소비를 제한하기 위하여 1250 내지 1600 ℃, 바람직하게는 1300 내지 1500 ℃에서 수행될 수 있으며, 10 내지 30시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터링 된 투명 도전막의 제조방법을 더 포함한다. 이때 스퍼터링은 기재상에 증착막을 형성할 수 있는 스퍼터링 방법인 경우 제한이 없으나, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, AC 스퍼터링, 일렉트론 빔 증착법 또는 이온플레이팅법일 수 있으며, 구체적으로는 DC 스퍼터링일 수 있다.
또한 스퍼터링 시 챔버내의 압력은 구체적으로 DC 스퍼터링의 경우 0.1 내지 2.0 MPa일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 나아가 스퍼터링 시 투입되는 전력의 출력은 DC 스퍼터링을 이용할 경우 10 내지 1000 W, 구체적으로는 100 내지 300W일 수 있다. 스퍼터링에 이용되는 캐리어 가스는 산소, 헬륨, 아르곤, 제논 및 크립토판에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 아르곤을 이용할 수 있다.
이러한 스퍼터링에 의해 형성된 증착막의 두께는 기재상의 전기전도도를 확보하면서도 높은 광투과율을 담보하기 위하여 50 내지 300 ㎚, 구체적으로는 50 내지 150 ㎚일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가 증착막이 형성되는 상기 기재는 통상적으로 쓰이는 투명 도전막이 형성되는 기재인 경우 제한이 없으나 구체적으로 유리판, 석영판, 수지판 또는 수지필름일 수 있으며, 기재의 두께는 통상적으로 0.1 내지 10 ㎜ 범위이나 투명 도전막의 사용 목적 등에 따라 기재의 종류 및 두께가 달라질 수 있음은 물론이다.
본 발명에 의한 투명 도전막 제조방법은 상기 증착막 형성 후 결정질의 투명 도전막 제조를 위하여 열처리하는 열처리단계를 더 포함한다. 이러한 열처리는 상술한 바와 같이 인듐 및 티타늄을 포함하는 투명 도전막을 형성한 경우 50 내지 300 ℃, 바람직하게는 100 내지 250 ℃에서 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 투명 도전막은 스퍼터링 후 상대적으로 저온의 열처리에도 결정이 형성되며, 이러한 결정에 의해 투명 도전막의 표면이 고르게 형성되고 저항이 낮아지면서 높은 전기전도도를 나타낼 수 있다. 이러한 장점은 결과적으로 상술한 스퍼터링에 이용되는 기재에 대한 제한이 현저히 줄어드는 것을 의미한다. 구체적으로, 통상적으로 사용되는 ITO 막의 경우 결정의 생성을 위해서는 상술한 온도보다 높은 온도의 열처리를 필요로 한다. 이러한 문제점에 의해 열처리에 과도한 에너지를 소비할 뿐만 아니라, 수지판이나 수지 필름 등의 기재를 이용할 경우 기재가 변형되거나 심한 경우 용해되어버리는 문제점이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의한 증착막의 경우 상술한 바와 같이 저온 열처리가 가능하여 전기 전도성을 확보하면서도 기재의 선택범위가 현저히 넓어지는 장점이 있다.
나아가, 상술한 바와 같이 50 ㎚ 이하의 초미세 복합금속 수산화물을 이용하여 스퍼터링 타겟을 제조하고, 제조된 스퍼터링 타겟으로 증착막을 형성하여 저온 열처리함으로써, 적외선 영역에서도 80% 이상의 광투과율을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
이러한 열처리 시 주변의 분위기는 제한이 없으나 구체적으로 산소, 질소 또는 대기 분위기에서 수행되거나 진공에서 수행될 수 있으며, 상술한 온도로의 열처리는 1 내지 5 시간동안 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방법으로 제조된 투명 도전막은 태양전지, 평판표시장치 및 감광소자 등의 투명전극으로 이용되거나, 건축용 열선 반사막, 대전방지막 또는 방담용 투명 발광체 등으로 이용될 수 있다. 구체적으로는 본 발명의 일 실시예에 의한 투명 전극으로 이용될 수 있으며, 본 발명의 높은 전기 전도도 및 광투과율을 고려할 때 태양전지용 투명전극으로 이용될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 태양전지용 투명 도전막의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다.
[실시예 1]
질산인듐(In(NO3)3) 44.75 g, 테트라이소프로폭시티탄(Ti(OCH(CH3)2)4, TTIP) 0.37 g을 혼합하고, 30℃에서 12시간 교반하여 pH가 1인 In-Ti 혼합염 용액을 얻었다. 이 혼합염 용액에 농도가 25 내지 30 중량 %인 NH4OH 수용액을 첨가하여 pH가 10이 되도록 한 후, 50 ℃에서 20시간 반응시켜 In-Ti-O계 수산화물 침전물을 제조하였다.
상기 침전물을 분리하고 초순수로 3회 세척한 후, 100 ℃에서 6시간 동안 1차 건조하고, 200 ℃에서 12시간 동안 예비 소성하여 인듐 티타늄 산화물(ITiO) 분말을 얻었다. 얻어진 ITiO 분말을 포트에 넣고, 초순수를 매체로 하여 습식 볼밀 및 분쇄하였다. 이때 파쇄매체는 YTZ 볼을 사용하였고, 분쇄 시 폴리비닐알코올 바인더를 복합금속 산화물 대비 0.3 내지 0.5 중량 %를 포트에 함께 첨가하여 분쇄, 혼합하였으며, 이러한 분쇄, 혼합은 24시간동안 수행하였다.
이후, 상기 혼합 슬러리를 분무 건조시켜 1㎛ 정도의 분말을 수득하였으며, 몰드에 가압하여 소정 형상의 타겟을 제조하였다. 이후, 상기 타겟을 전기로에 투입하고 1600 ℃까지 승온한 다음, 12시간 동안 유지하여 소결하여 스퍼터링용 타겟을 제조하였다.
제조된 스퍼터링 타겟을 DC 마그네트론 스퍼터에 장착하고, 챔버 내 초기 진공도를 5×10-7 Torr 이하로 조정한 후 대기 온도에서 100 ㎚ 두께로 유리 기판상에 증착하였다. 증착된 유리기판을 대기 분위기 하에서 200 ℃로 한시간동안 열처리하여, 유리 기판 상에 태양전지용 투명도전막을 형성하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 질산 인듐 44.4 g과 테트라이소프로폭시티탄 0.74 g을 혼합하여 스퍼터링용 타겟을 제조한 뒤, 투명도전막을 형성하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 질산 인듐 43.99 g과 테트라이소프로폭시티탄 1.1g을 혼합하여 스퍼터링용 타겟을 제조한 뒤, 투명도전막을 형성하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 질산인듐 및 테트라이소프로폭시티탄 대신, 질산인듐 40.9 g 및 염화주석 2.64 g을 혼합하여 스퍼터링타겟을 제조한 뒤, 투명도전막을 형성하였다.
[제조된 투명도전막의 파장에 따른 광투과성 평가]
아무런 처리도 하지 않은 유리(Glass), 실시예 1의 투명도전막(ITiO(0.5%)) 및 비교예 1의 투명 도전막(ITO(90:10))에 대하여, 파장별로 광투과성을 측정한 뒤 도 1로 나타내었다.
도 1을 참고하면, 비교예 1의 경우 파장 길이 증가에 따라 광투과율이 급격히 낮아지는 현상을 보이나, 실시예 1의 경우 1500 내지 2500 ㎚의 영역에서도 양호한 광투과율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
[박막의 결정성 확인]
실시예 1의 투명 도전막에 대하여, 200 ℃에서 한시간 열처리 전(좌) 및 열처리 후(우)의 박막의 결정성 확인을 위해 SEM으로 관찰하고 도 2로 나타내었다.
비교예 1의 결정성 확인을 위해, 비교예 1 또한 200 ℃의 열처리 전(좌) 및 열처리 후(우)의 박막을 SEM을 이용해서 관찰하고 그 결과를 도 3으로 나타내었다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 실시예 1에 의한 투명 도전막은 열처리 전의 경우에도 결정성을 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 200℃의 열처리로 결정화가 보다 확실하게 진행됨을 확인할 수 있다. 그러나 비교예 1에 의한 투명도전막은 열처리 전 뿐만 아니라 열처리 후에도 결정성이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.
[제조된 투명 도전막의 비저항, 전하이동도 및 캐리어 농도 평가]
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1의 투명 도전막을 SEM을 이용하여 비저항, 전하이동도 및 캐리어 농도를 평가하고, 열처리 후 결정 형성여부를 관찰하여 표 1로 나타내었다.
표 1을 참고하면, 티타늄 전구체의 비율이 증가할수록 비저항이 증가하고 전하이동도가 감소하는 현상을 보이며, 티타늄이 소량 포함된 증착막의 경우 200 ℃의 열처리에 의해 결정이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
조성 비저항
(Ωㆍ㎝)		 전하 이동도
(cm2/V·s)		 캐리어 농도
(cm-3)		 200oC에서 열처리 후 결정성 여부
실시예1 In-Ti-O 3.29 × 10-4 99.0 1.72 × 1020 결정성
실시예2 In-Ti-O 4.30 × 10-4 68.0 2.15 × 1020 결정성
실시예3 In-Ti-O 5.00 × 10-4 54.0 2.32 × 1020 결정성
비교예1 In-Sn-O 2.30 × 10-4 48.0 5.56 × 1020 비결정성
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 인듐 전구체 및 티타늄 전구체 혼합용액을 알칼리 처리하여 제조하는 복합금속 산화물의 제조단계; 상기 복합금속 수산화물을 예비 소성하여 복합금속 산화물을 제조하는 산화단계; 얻어진 복합금속 산화물 분말을 포트에 넣고, 습식 볼밀 및 분쇄하며, 분쇄 시 바인더를 첨가하는 분쇄 및 혼합단계; 및 상기 예비 소성된 복합금속 산화물을 소결하여 금속 산화물 소결체를 제조하는 단계;를 포함하는 스퍼터링 타겟 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산화단계는 180 내지 280 ℃에서 수행되는 스퍼터링 타겟 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 소결체를 제조하는 단계에서 소결은 1250 내지 1600 ℃에서 수행되는 스퍼터링 타겟 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복합금속 산화물은 산화인듐 50~99.99 중량 % 및 산화티타늄 0.01~50 중량 %를 포함하는 스퍼터링 타겟 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상가 복합금속 수산화물은 인듐, 티타늄 및 주석, 아연, 갈륨 및 안티몬에서 선택되는 하나 이상의 금속을 더 포함하는 스퍼터링 타겟 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항에서 선택되는 어느 한 항의 스퍼터링 타겟을 증착하여 증착막이 형성된 기재를 형성하는 단계; 및
    상기 증착막이 형성된 기재를 열처리하는 열처리 단계;를 포함하는 투명 도전막의 제조방법.
  7. 제 6항의 제조방법으로 제조되며, 1200 내지 2500 ㎚의 파장 영역에서 광 투과율이 85% 이상인 태양전지용 투명 도전막.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 투명도전막은 전하이동도가 70 ~ 100 cm2/V·s이며 캐리어농도가 1x1020~ 4x1020 cm-3인 것을 특징으로 하는 투명도전막.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 투명도전막은 50 내지 300 ℃의 저온 열처리를 하기 전에도 결정성을 가지며 상기 저온 열처리 후에는 결정성이 증대되는 것을 특징으로 하는 투명도전막.
KR1020160138959A 2016-10-25 2016-10-25 스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법 KR20180045155A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160138959A KR20180045155A (ko) 2016-10-25 2016-10-25 스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160138959A KR20180045155A (ko) 2016-10-25 2016-10-25 스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180045155A true KR20180045155A (ko) 2018-05-04

Family

ID=62199476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160138959A KR20180045155A (ko) 2016-10-25 2016-10-25 스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180045155A (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100135823A (ko) * 2008-04-16 2010-12-27 가부시키가이샤 히라아키 스퍼터링 타겟
KR20110027805A (ko) * 2008-06-27 2011-03-16 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ） 결정상을 포함하는 산화물 반도체용 스퍼터링 타겟 및 그의 제조 방법
KR101240197B1 (ko) * 2011-11-18 2013-03-06 주식회사 나노신소재 열 안정성이 우수한 투명도전막, 투명도전막용 타겟 및 투명도전막용 타겟의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100135823A (ko) * 2008-04-16 2010-12-27 가부시키가이샤 히라아키 스퍼터링 타겟
KR20110027805A (ko) * 2008-06-27 2011-03-16 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ） 결정상을 포함하는 산화물 반도체용 스퍼터링 타겟 및 그의 제조 방법
KR101240197B1 (ko) * 2011-11-18 2013-03-06 주식회사 나노신소재 열 안정성이 우수한 투명도전막, 투명도전막용 타겟 및 투명도전막용 타겟의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3179287B2 (ja) 導電性透明基材およびその製造方法
JP5686067B2 (ja) Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ系酸化物焼結体とその製造方法
JP6677095B2 (ja) Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物焼結体とその製造方法
WO2013042423A1 (ja) Ｚｎ－Ｓｉ－Ｏ系酸化物焼結体とその製造方法および透明導電膜
JP5888599B2 (ja) スパッタリングターゲット及び高抵抗透明膜の製造方法
KR101240197B1 (ko) 열 안정성이 우수한 투명도전막, 투명도전막용 타겟 및 투명도전막용 타겟의 제조방법
KR100891952B1 (ko) 투명 도전막용 산화물계 타겟 및 그 제조방법, 그리고산화물계 투명 도전막
KR101264111B1 (ko) 투명도전막, 투명도전막용 타겟 및 투명도전막용 타겟의 제조방법
KR20120062341A (ko) 산화인듐아연 투명 도전막 및 이의 제조방법
JP6677058B2 (ja) Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物焼結体とその製造方法
KR20180045155A (ko) 스퍼터링 타겟 및 투명 도전막의 제조방법
JP5952031B2 (ja) 酸化物焼結体の製造方法およびターゲットの製造方法
CN115418618A (zh) 一种氧化铟锡锌靶材、氧化物薄膜及其制备方法
JP2011207742A (ja) 酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、その製造方法、それを用いたターゲット、および酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法
TW201428121A (zh) 氧化物燒結體、使用其的濺鍍靶材及氧化物膜、光電轉換元件及其製造方法
JP2012106880A (ja) 酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、その製造方法、それを用いたターゲット、および酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法
JP2012106879A (ja) 酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、その製造方法、それを用いたターゲット、および酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法
KR101056948B1 (ko) 알루미늄을 포함하는 비정질 산화물막용 금속산화물 타겟 및 그 제조방법
KR20180115829A (ko) 폐 ito 스크랩으로부터 스퍼터링용 ito 타겟을 얻을 수 있는 재생 ito 분말을 제조하는 방법 및 그 분말
JP2012158825A (ja) 酸化亜鉛系透明導電膜形成材料、その製造方法、それを用いたターゲット、酸化亜鉛系透明導電膜の形成方法および透明導電性基板
JP6551683B2 (ja) Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物焼結体とその製造方法
JP2012148937A (ja) 導電性複合酸化物、酸化亜鉛系焼結体、その製造方法およびターゲット
JP6414527B2 (ja) Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物焼結体とその製造方法
JP2014009150A (ja) 酸化亜鉛焼結体の製造方法
KR101999894B1 (ko) 복합 산화물 소결체 및 스퍼터링 타겟, 산화물 투명도전막의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application