TW202409317A - 鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。鈀鈷氧化物靶材係根據鈀鈷氧化物(PdCoO
2)之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下,表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下。
Description
本揭示係關於鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。
例如,如國際公開第2020/090491號(專利文獻1)所揭示,逆變器或轉換器等之電力轉換器所使用的功率裝置(亦稱為功率半導體、功率元件或電力用半導體元件),係例如隨著電動汽車(EV)之普及等,而其需求正在增加。作為功率裝置用的氧化物,例如已知氧化鎵。
非專利文獻1中揭示具有赤鐵礦型的結晶構造之鈀鈷氧化物(PdCoO
2)作為透明電極用的高電導性PdCoO
2超薄膜。於非專利文獻1中,藉由脈衝雷射沉積法(PLD法:pulsed-laser deposition),製作PdCoO
2薄膜。作為具體例,揭示在Al
2O
3基板上,於基板溫度700℃、氧分壓100mTorr之條件下,將KrF準分子雷射交替照射至PdCoO
2多結晶靶材與Pd-PdO混相靶材,而製作PdCoO
2薄膜之事例。又,非專利文獻1中顯示以脈衝雷射沉積法所製造的PdCoO
2薄膜之AFM形貌影像(topographic image)。由該AFM形貌影像可知,膜中的PdCoO
2結晶之寬度約100nm左右之小,結晶的高度為3nm左右,薄膜表面的厚度方向(高度方向)之凹凸差(峰頂差)約4nm。此處,所謂結晶的寬度,例如當結晶剖面為三角形時,就是指從頂點向其對邊垂直地畫出之長度。尚且,該膜中的PdCoO
2結晶成為三角形狀。
非專利文獻2中亦揭示藉由脈衝雷射沉積法所製造的PdCoO
2薄膜。非專利文獻2中,PdCoO
2薄膜的電阻率係高於PdCoO
2的單晶之電阻率,此係基於粒界散射者,為與溫度依賴性不同的要素,於PdCoO
2的異質磊晶成長薄膜之製造中由於難以避免粒界之形成,故在大面積的試作品中尋求PdCoO
2的高導電性者,被指出有薄膜技術上的能力限制之問題。
非專利文獻3中揭示於PdCoO
2薄膜中,實現1.8eV的大蕭特基障壁之事例。尚且,PdCoO
2薄膜係藉由脈衝雷射沉積法製造者。非專利文獻3中,如同PdCoO
2與β‐Ga
2O
3之界面,由於在PdCoO
2與熱穩定的氧化物之界面中,自然地形成極性層狀構造電偶極子,故例如顯示即使在350℃的高溫環境下,也實現逼近10
8級的大開(on)/關(of)比實現電流整流。又,非專利文獻3中揭示在汽車、工廠及航空宇宙之技術領域中,在開關(switching)或感測之用途中有使半導體裝置高溫動作之大需求。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:國際公開第2020/090491號
非專利文獻
非專利文獻1:透明電極用高導電性PdCoO
2超薄膜(Highly conductive PdCoO
2ultrathin films for transparent electrodes), Harada et al, APL Mater 6, 046107(2018)
非專利文獻2:PdCoO
2超薄膜中的大熱電力各向異性(Large thermopower anisotropy in PdCoO
2thin films), Yordanov et al, Phys. Rev. Mater. 3, 085403(2019)
非專利文獻3:用於高溫工作的PdCoO2/β-Ga2O3蕭特基二極體中的電偶極效應(Electric dipole effect in PdCoO2/β-Ga2O3 Schottky diodes for high-temperature operation), Harada et al, Science Advances 5, eaax5733 (2019)
發明所欲解決的課題
例如,氧化鎵係帶隙大,且絕緣破壞電場亦大,再者由於具有高的熱安定性與優異的化學耐性,故作為功率裝置用的氧化物優異,預測功率裝置用途的需求增大。然而,以往利用的使用鉑之蕭特基電極,例如蕭特基障壁小,於使用如氧化鎵之優異的功率裝置用之氧化物的用途中,例如於要求高輸出的用途等中,在耐熱性或可靠性(耐電壓性)之點上不充分。
此處,鈀鈷氧化物(PdCoO
2)、鈀鉻氧化物(PdCrO
2)、鈀銠氧化物(PdRhO
2)或鉑鈷氧化物(PtCoO
2)等之赤鐵礦型氧化物雖然為氧化物,但是顯示與金、銀、銅等之單體金屬可匹敵的高導電性,另外被期待可作為如氧化鎵之優異的功率裝置用之蕭特基電極利用。例如,關於導電性,若以大塊單晶的電阻率(ab面內、300K)來說,則作為赤鐵礦型氧化物的鈀鈷氧化物、鈀鉻氧化物、鈀銠氧化物及鉑鈷氧化物之電阻率(μΩcm)依序為2.6、8.2、9.2及2.1。因此,期待鈀鈷氧化物薄膜等之赤鐵礦型氧化物薄膜之需求增大。
鈀鈷氧化物薄膜係如非專利文獻1至3所揭示,例如藉由以脈衝雷射沉積法所例示的物理的氣相沉積法(PVD法)來製造。因此,為了適當地製造鈀鈷氧化物薄膜,希望提供適用於物理的氣相沉積法之鈀鈷氧化物靶材及其製造方法。同樣地,為了製造鈀鈷氧化物薄膜以外的赤鐵礦型氧化物薄膜,亦希望提供適合其的赤鐵礦型氧化物靶材。
本揭示係鑒於如此的實際狀況而完成者,其目的在於提供鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。
解決課題的手段
為了達成上述目的,本揭示之鈀鈷氧化物靶材係:
根據鈀鈷氧化物(PdCoO
2)之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下,
表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下。
為了達成上述目的,本揭示之鈀鈷氧化物靶材之製造方法包含:
混合步驟,係混合氯化鈀(PdCl
2)的粉末、鈀(Pd)的粉末及鈷酸鋰(LiCoO
2)的粉末而得到混合粉末;
燒成步驟,係將前述混合粉末進行燒成而得到燒成粉末;
洗淨步驟,係洗淨前述燒成粉末而得到去除了氯化鋰(LiCl)之洗淨後粉末;與
燒結步驟,係將前述洗淨後粉末進行燒結而得到鈀鈷氧化物(PdCoO
2)的燒結體。
發明的效果
可提供鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。
實施發明的形態
一邊參照圖式,一邊說明本揭示之實施形態的鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。
於以下之說明中,作為赤鐵礦型氧化物,以具有赤鐵礦型結晶構造之鈀鈷氧化物(PdCoO
2)、鈀鉻氧化物(PdCrO
2)、鈀銠氧化物(PdRhO
2)及鉑鈷氧化物(PtCoO
2)當作對象。赤鐵礦型氧化物係以通式ABO
2表示。
本實施形態之赤鐵礦型氧化物靶材係在其表面包含90.0質量%以上99.5質量%以下的作為具有赤鐵礦型結晶構造的赤鐵礦型氧化物之鈀鈷氧化物、鈀鉻氧化物、鈀銠氧化物或鉑鈷氧化物之任一者。若例示鈀鈷氧化物而進行說明,則鈀鈷氧化物靶材係在其表面包含90.0質量%以上99.5質量%以下的具有赤鐵礦型結晶構造的鈀鈷氧化物。
本實施形態之赤鐵礦型氧化物靶材係根據赤鐵礦型氧化物之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下。尚且,所謂根據赤鐵礦型氧化物之密度所算出的緻密度(%),就是將赤鐵礦型氧化物靶材之密度除以赤鐵礦型氧化物之密度而得之值,乘以100後之值。若例示鈀鈷氧化物而進行說明,則本實施形態之鈀鈷氧化物靶材係根據鈀鈷氧化物之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下。而且,所謂根據鈀鈷氧化物之密度所算出的緻密度(%),就是將鈀鈷氧化物靶材之密度除以鈀鈷氧化物之密度(約7.98g/cm
3)而得之值,乘以100後之值。
以下,作為本實施形態之赤鐵礦型氧化物靶材的一例,例示鈀鈷氧化物靶材(PdCoO
2靶材,以下亦僅稱靶材)進行說明。以下之說明,只要將具有赤鐵礦型結晶構造的鈀鈷氧化物置換成具有赤鐵礦型結晶構造的鈀鉻氧化物、鈀銠氧化物或鉑鈷氧化物,則同樣。亦即,於鈀鈷氧化物中,由於通式ABO
2的A為Pd,B為Co,故關於鈀鉻氧化物靶材、鈀銠氧化物靶材或鉑鈷氧化物靶材及其製造方法,只要將鈀鈷氧化物靶材及其製造方法之說明(包含與鈀鈷氧化物的前驅物或原料有關的說明)的Pd與Co分別分配給鈀鉻氧化物、鈀銠氧化物或鉑鈷氧化物中之A與B對應的元素而置換即可。
本實施形態之靶材之製造方法係在作為一例,包含:混合步驟,係混合氯化鈀(PdCl
2)的粉末、鈀(Pd)的粉末及鈷酸鋰(LiCoO
2)的粉末而得到混合粉末;燒成步驟,係將該混合粉末進行燒成而得到燒成粉末;洗淨步驟,係洗淨該述燒成粉末而得到去除了氯化鋰(LiCl)之洗淨後粉末;與,燒結步驟,係將該洗淨後粉末進行燒結而得到鈀鈷氧化物(PdCoO
2)的燒結體。
本實施形態之靶材係緻密度為60%以上80%以下,而處理性良好,且可期待濺鍍時的顆粒抑制效果變高,再者,由於表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下之高,因此例如適用於以濺鍍法或脈衝雷射沉積法所例示之物理的氣相沉積法(PVD法)。以下,詳述本實施形態之靶材及其製造方法。尚且,所謂處理性,例如就是為了使其形狀成為適合使用的形狀,而切削或研磨靶材之表面時。又,所謂處理性提升,就是指例如於如此的切削或研磨時,抑制靶材的崩解。
本實施形態之靶材係如上述,其表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下。由於靶材表面的鈀鈷氧化物之濃度為上述範圍內,適合作為以PVD法製造鈀鈷氧化物薄膜時所用的靶材。亦即,由於表面的鈀鈷氧化物之濃度為上述範圍內,可抑制以PVD法所形成的鈀鈷氧化物薄膜之雜質濃度。
本實施形態之靶材係內部的鈀鈷氧化物之濃度可為80.0質量%以上90.0質量%以下。由於靶材之內部的鈀鈷氧化物之濃度為上述範圍內,適合作為以PVD法製造鈀鈷氧化物薄膜時所用的靶材,同時靶材具有適當的緻密度,抑制隨著處理的磨損或崩解。
本實施形態之靶材係其表面的金屬鈀(Pd)之濃度可為0.5質量%以上5.0質量%以下。由於靶材表面的氧化鈷(CoO)之濃度為上述範圍內,適合作為以PVD法製造鈀鈷氧化物薄膜時所用的靶材。亦即,由於表面的鈀鈷氧化物之濃度為上述範圍內,可抑制以PVD法所形成的鈀鈷氧化物薄膜之雜質濃度。
本實施形態之靶材係其表面的氧化鈷(CoO)之濃度可為0.0質量%以上2.0質量%以下。由於內部的鈀鈷氧化物之濃度為上述範圍內,適合作為以PVD法製造鈀鈷氧化物薄膜時所用的靶材。亦即,由於表面的鈀鈷氧化物之濃度為上述範圍內,可抑制以PVD法所形成的鈀鈷氧化物薄膜之雜質濃度。
本實施形態之靶材係如上述,根據鈀鈷氧化物(PdCoO
2)之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下。由於緻密度在上述範圍內,抑制靶材隨著處理的磨損或崩解。靶材之緻密度較佳為65%以上75%以下。
本實施形態之靶材之製造方法係如上述,包含混合步驟、燒成步驟、洗淨步驟與燒結步驟。
混合步驟係調製作為原料粉末的混合粉末之步驟,該原料粉末係用於供至得到燒成粉末的燒成步驟。於混合步驟中,將氯化鈀(PdCl
2)的粉末、鈀(Pd)的粉末及鈷酸鋰(LiCoO
2)的粉末以特定比率計量並混合而得到混合粉末。
混合步驟中的氯化鈀、鈀及鈷酸鋰之混合比係以莫耳比計,依序為1:1:2。混合比係可將鈷酸鋰之比例設為稍微過剩。例如可進行10%以下的過剩添加。藉此,可調整燒成步驟中的元素比率之變動。例如,於燒成時在收容原料粉末的石英管中可能發生鈷擴散之情況,但如此的擴散等所造成的鈷之減少係可藉由鈷酸鋰的過剩添加而補充。
用於製造混合粉末之PdCl
2的粉末、Pd的粉末及LiCoO
2的粉末之粒徑,例如係在藉由SEM觀察的影像上之計測中,可使用大概數μm至100μm左右者。
混合步驟中的粉末之混合例如可用研缽進行。
燒成步驟係將在混合步驟所混合的混合粉末進行燒成而得到燒成粉末之步驟。
於混合粉末之燒成時,藉由下述式(α)之反應而交換陽離子,產生PdCoO
2(所謂的陽離子交換反應法)。
燒成步驟中的燒成係在燒成溫度500℃以上900℃以下進行。燒成步驟中的燒成較佳為550℃以上850℃以下,更佳為700℃以上850℃以下。尚且,本實施形態中所謂的燒成溫度,就是燒成爐的爐內設定溫度。藉由在如此的燒成溫度下燒成,即使提高PdCoO
2的產率,也能以粉末狀得到PdCoO
2。尚且,於燒成步驟中,宜以燒成後的PdCoO
2粉末之粒徑成為0.1μm以上50μm以下之方式,進行燒成。燒成後的PdCoO
2粉末之粒徑係於藉由SEM觀察的影像上之計測中0.1μm以上30μm以下。由於設為如此的燒成後之PdCoO
2粉末之粒徑,後述成形後之靶材的緻密度提升,靶材變成處理性良好者。
燒成步驟中的燒成可在減壓下,也可在大氣壓下或氧分壓高的環境下進行。在減壓下進行燒成時,例如可在750mTorr的減壓下,於Ar置換的環境下進行。若在高氧分壓的環境下進行燒成,則有時可抑制經燒成的粉末向Pd或CoOx(惟,x為正值)之分解。
可由上述燒成步驟來製造比較高純度的(例如,PdCoO
2之濃度為85重量%以上100%以下)的鈀鈷氧化物靶材製造用之PdCoO
2粉末。尚且,PdCoO
2粉末可藉由在燒成步驟後進行的洗淨步驟,洗淨燒成粉末,去除氯化鋰(LiCl)而獲得。
於洗淨步驟中,可進行燒成粉末之乙醇洗淨與酸洗。藉由對燒成粉末進行乙醇洗淨與酸洗,可進行氯化鋰及其他雜質之去除。於乙醇洗淨中,去除氯化鋰。於酸洗中,去除未反應的Pd粉末(金屬鈀)。於酸洗中,例如可使用硝酸(例如濃度60重量%)。
燒成粉末或洗淨粉末視需要可進行粉碎,調節粒徑。例如,若將燒成粉末或洗淨粉末之粒徑調節至數μm級,則有時後述成形後之靶材的緻密度提升。
燒結步驟係將洗淨後粉末的PdCoO
2粉末進行燒結而得到鈀鈷氧化物的燒結體,亦即本實施形態的靶材之步驟。
燒結步驟可包含將PdCoO
2粉末成形為特定的形狀,例如適用作為靶材的圓盤狀之成形步驟。燒結步驟例如可藉由邊加熱邊加壓,邊將PdCoO
2粉末成形為特定形狀邊進行燒結。
於燒結步驟中,可在550℃以上800℃以下之溫度下將PdCoO
2粉末燒結。又,於燒結步驟中,可一邊施加30MPa以上70MPa以下的壓力,一邊將PdCoO
2粉末燒結。藉此,可得到緻密度為60%以上80%以下,且表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下之鈀鈷氧化物靶材(本實施形態之靶材)。
於燒結步驟中,可較佳在670℃以上800℃以下之溫度下,施加45MPa以上55MPa以下之壓力,將PdCoO
2粉末燒結。藉此,可製造緻密度為65%以上70%以下,且處理性良好的靶材。
尚且,於燒成步驟、洗淨步驟及燒結步驟中,不需要PdCoO
2粉末之粉碎處理。具體而言,關於燒成粉末、洗淨後粉末,不需要粉碎處理,洗淨後粉末只要進行乾燥處理則可直接供燒結步驟。如此地,本實施形態之靶材之製造方法係沒有如粉碎處理之程序,而極簡便。
於以上之說明中,例示鈀鈷氧化物靶材而說明赤鐵礦型氧化物靶材,但如開頭所述,例示該等鈀鈷氧化物靶材之說明係對於鈀鉻氧化物靶材、鈀銠氧化物靶材或鉑鈷氧化物靶材為同樣。
實施例
(實施例1)
實施例1之靶材係如以下地製造。
分別秤量8.99g、5.39g及9.92g的PdCl
2的粉末(田中貴金屬工業公司製,氯化Pd結晶)、Pd的粉末(田中貴金屬工業公司製,Pd粉末,Pd的純度超過99.9%)及LiCoO
2的粉末的粉末(Sigma-Aldrich公司製,鋰酸鈷(III)),以研缽混合該等10分鐘而得到混合粉末。尚且,LiCoO
2的粉末係在藉由SEM觀察的影像上之計測中,大概數μm至十數μm左右之粒徑。
其次,將混合粉末真空封入(10
-5Torr左右)石英管內,更將該石英管收容於莫來石(mullite
)製的保持管中。然後,於備有莫來石
製爐心管的燒成爐中收容該保持管。燒成爐的爐心管係以維持800℃之方式控制。然後,進行48小時燒成。然後,從石英管回收含有PdCoO
2的粉末。
含有PdCoO
2的粉末係用乙醇去除氯化鋰(乙醇洗淨),更以硝酸(濃度60重量%)去除(酸洗)未反應Pd,而得到PdCoO
2的粉末。PdCoO
2的粉末之回收量為17.58g。尚且,於乙醇洗淨時,將含有PdCoO
2的粉末在乙醇中攪拌1小時。於酸洗時,在硝酸中攪拌4小時。PdCoO
2的粉末係在藉由SEM觀察的影像上之計測中,大概1μm~50μm左右之粒徑。
其次,將PdCoO
2的粉末填充於成形模具內,將其在加壓下藉由熱壓燒結法燒結後進行加工,得到圓盤狀靶材(實施例1之靶材)。尚且,靶材係為了其後之使用,以金剛砂紙研磨圓盤的板表面與側面而調整形狀。如圖1所示,形狀調整後的靶材係直徑d為48mm、厚度t為2.5mm左右的圓盤狀。尚且,燒結時的壓力(施加於粉末的壓力)為50MPa,爐內溫度為700℃,保持60分鐘。尚且,燒結爐內係設為真空環境下。
(實施例2)
實施例2之靶材係在將燒結時的燒結爐之爐內溫度變更為750℃之點上與實施例1不同,其他設為實施例1相同而製造。
(比較例1)
比較例1之靶材係在將燒結時的燒結爐之爐內溫度變更為650℃之點上與實施例1不同,其他設為實施例1相同而製造。
(比較例2)
比較例2之靶材係在將燒結時的燒結爐之爐內溫度變更為900℃之點上與實施例1不同,其他設為實施例1相同而製造。
對於實施例、比較例之各靶材,評價密度及緻密度、表面之組成及內部之組成。尚且,緻密度係根據靶材之密度而算出。下表1中顯示該等之值。
靶材之密度係測定靶材之尺寸與重量而計算。緻密度係將靶材之密度除以鈀鈷氧化物(PdCoO
2)之密度並乘以100而求出。
表面之組成及內部之組成係根據藉由X射線繞射法(XRD)所計測的圖型,藉由RIR(Reference Intensity Ratio:參照強度比)法,根據各成分的相之存在比而算出質量比(重量%換算)。尚且,於XRD計測中,使用X射線繞射裝置(RIGAKU公司製SmartLab),測定條件係設為管電壓40kv、管電流50mA、掃描速率2°/min、步距0.01°,測定範圍2θ=15°~100°。RIR值係採用X射線繞射裝置所附屬的軟體(PDXL2)所包含資料庫之值。尚且,表面之組成與內部之組成係如以下地區別而求出。於XRD計測中,以計測了剛成形後的靶材表面之圖型為基礎,將以RIR法所算出之質量比當作表面之組成。又,以金剛砂紙研磨剛成形後的靶材表面,以去除了表層之狀態所計測的圖型為基礎,將以RIR法所算出之質量比當作內部之組成。藉由金剛砂紙之研磨,靶材表面係從靶材之表面起在深度方向上被研磨約200μm。亦即,所謂內部,就是從表層起的200μm以下之深度的位置。
如表1所示,若燒結溫度變高,則有靶材的緻密度變高之傾向。換言之,若燒結溫度變低,則有靶材的緻密度變低之傾向。又,若緻密度變高,則鈀鈷氧化物的濃度降低,鈀鈷氧化物以外的雜質(鈀、氧化鈷)之濃度變高。由以上之結果,認為靶材的緻密度與鈀鈷氧化物之濃度係處於權衡關係,在靶材之緻密度有恰當範圍。
比較例1之靶材不具有能耐得住密度計測時之處理(操作)的程度之強度,因此無法進行密度之計測及取得緻密度。此係因為燒結溫度低,因此靶材之緻密度變低,結果認為得不到具有耐得住測定時之操作的程度之強度的靶材。
比較例2之靶材雖然得到高的緻密度,但表面的PdCoO
2之濃度低到低於40%之程度,結果不適合作為PVD法所用的靶材。
實施例1、2之靶材係表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上,適合作為PVD法所用的靶材。又,緻密度在65%以上70%以下之範圍,大概68%左右,因此操作性優異。
又,實施例1、2之靶材係表面的金屬鈀之濃度為0.5質量%以上5.0質量%以下。另外,表面的氧化鈷之濃度為0.0質量%以上2.0質量%以下。因此,雜質少,適合作為PVD法所用的靶材。
另外,實施例1、2之靶材係在內部之組成中,亦鈀鈷氧化物之濃度高,與表面的組成之傾向成一致。
如上述,若考慮靶材之緻密度與鈀鈷氧化物之濃度處於權衡關係,則基於以上的實施例、比較例之結果,認為如果本實施形態之鈀鈷氧化物靶材的緻密度為60%以上80%以下,表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下,則具備靶材的製造性、處理性與作為PVD法所用的靶材之適應性。
為了確認本實施形態之靶材適合作為PVD法所用的靶材,使用實施例1之靶材,以RF濺鍍法(PVD法之一例),形成實施例1之鈀鈷氧化物薄膜(PdCoO
2之薄膜,以下亦僅記載為薄膜)。靶材係考慮濺鍍裝置之使用中的處理性,以貼附於銅板的背板(直徑50.8mm、厚度2mm)之狀態投入至濺鍍裝置的腔室內。
形成薄膜的基板係設為Al
2O
3(0001)基板(以下僅稱基板)。濺鍍時的腔室內環境係氧與氬之比為2比1,設為150mTorr(腔室內的氧分壓為100mTorr),基板之溫度係設為700℃。高頻的輸出係設為100W,頻率係設為13.56MHz。PdCoO
2的薄膜之目標膜厚係設為15nm。藉由濺鍍法剛形成後的PdCoO
2的薄膜係用X射線繞射法進行評價。圖2顯示藉由濺鍍法的剛形成後之薄膜的X射線繞射圖型。關於圖2,如後述。
將如上述形成有PdCoO
2的薄膜之基板,投入至經調溫到800℃的加熱爐,在大氣壓下熱處理12小時後,取出至爐外,而製造實施例1之鈀鈷氧化物薄膜。以下之說明中僅記載薄膜時,意指熱處理後的薄膜。
該薄膜係進行膜厚之計測,更供藉由AFM的表面平坦性之觀察、X射線繞射法及電阻率之評價。
該薄膜之膜厚為15nm。尚且,膜厚係使用X射線繞射法,計測PdCoO
2(0006)繞射點附近的干涉條紋之間隔,基於此而求出。
圖3中顯示該薄膜之藉由AFM的表面形狀之觀察結果(AFM形貌影像)。圖4中顯示根據圖3之AFM形貌影像所計測的氧化物薄膜之凹凸的評價結果。尚且,圖4所示的凹凸之評價結果表示沿著圖1的直線M所計測的凹凸之高度。
於該薄膜中,膜中的PdCoO
2結晶之寬度約400nm。又,於該薄膜中,結晶的高度及薄膜表面的厚度方向(高度方向)之凹凸差(峰頂差)約3nm。尚且,膜中PdCoO
2結晶成為三角形狀。
尚且,圖3所示的AFM形貌影像係使用日立高科技公司製AFM5000II型原子力顯微鏡,以動力模式(DFM)拍攝者。
其次,以X射線繞射法評價該薄膜。圖5中顯示該薄膜之X射線繞射圖型。
如上述,圖2中顯示藉由濺鍍法之剛形成後的薄膜之X射線繞射圖型。如圖2所示,於藉由濺鍍法之剛形成後的薄膜之X射線繞射圖型中,在圖2中觀察到以符號a至符號g所指示的波峰。以符號a至符號g所指示的波峰分別依序為符號a:PdCoO
2(0003)、符號b:藍寶石基板、符號c:PdCoO
2(0006)、符號d:Pd(111)、符號e:藍寶石基板、符號f:PdCoO
2(0009)。尚且,於該藉由濺鍍法之剛形成後的薄膜中,看不到其他雜質之波峰。
於圖5所示的實施例1之薄膜的X射線繞射圖型中,與圖2同樣地,觀察到符號a:PdCoO
2(0003)、符號b:藍寶石基板、符號c:PdCoO
2(0006)、符號e:藍寶石基板、符號f:PdCoO
2(0009)之波峰。然而,圖5中,在對應於Pd(111)的繞射角度(約40.1°)及對應於Co
3O
4(222)的繞射角度(約38.6°)中,繞射X射線之強度至少為對應於PdCoO
2的(0006)之繞射X射線的波峰強度之1/100以下,與背景無法區別,無法辨識繞射X射線的波峰。亦即,於該薄膜中,認為在藉由X射線繞射能檢測出的程度內,既不包含金屬鈀也不包含四氧化三鈷。尚且,於實施例1之薄膜中,看不到其他雜質之波峰。
圖6中圖示表示該薄膜的電阻率之溫度依賴性的曲線圖。圖6所示的曲線圖係一邊使薄膜之溫度從絕對溫度2K上升到400K為止,一邊測定對應於各自的溫度之電阻率而求出的值。尚且,電阻率係如以下地進行。亦即,藉由In(銦)壓接且以Au(金)線配線,以直流4端子法測定片電阻之溫度依賴性。從藉由X射線繞射法以前述方法求出的膜厚(約15nm)來換算,求出體積電阻率(μΩ・cm)。
如圖6所示,於該薄膜中,絕對溫度2K至150K中的電阻率為3μΩcm以上6μΩcm以下。
又,於該薄膜中,將絕對溫度設為T(K),將電阻率設為R(μΩcm)時,絕對溫度2K至400K中的電阻率滿足下述式(1)。
如此地,使用實施例1之靶材所製造的PdCoO
2薄膜係電阻率小,實現高的導電性。尚且,鉑之電阻率係在絕對溫度273K下為9.81μΩcm,在絕對溫度373K下為13.6μΩcm,因此實施例1之薄膜係即使形成15nm等之20nm以下的薄膜狀時,也可說是顯示與單質金屬能匹敵的高導電性。因此,例如認為極適合於與氧化鎵等組合成的蕭特基電極用途。該薄膜中的如此高之導電性,例如係如由圖3、圖4所示的表面形狀之觀察結果可知,該薄膜中的PdCoO
2結晶之粒徑係大於藉由習知技術所形成的PdCoO
2薄膜中的PdCoO
2結晶之粒徑,藉此粒子間的邊界變小,邊界間的電阻變小,被認為因此而實現。
又,使用實施例1之靶材所製造的PdCoO
2薄膜,係不含金屬鈀等其他雜質,被認為可再現性高地製造。另外,如此地不含雜質,因此於與氧化鎵等組合的蕭特基電極用途中使用時,不損害氧化鎵的高熱安定性或優異的化學耐性,認為例如即使於要求高輸出的用途等中也能實現耐熱性或可靠性。
非專利文獻1至3所揭示的脈衝雷射沉積法係不適合大面積的薄膜之形成,如非專利文獻2中亦指出,使用脈衝雷射沉積法來工業上形成大面積的鈀鈷氧化物薄膜者係困難。然而,若使用實施例1之靶材,則即使為在PdCoO
2薄膜之成膜中使用濺鍍法之情況,也可形成雜質少的PdCoO
2薄膜。亦即,實施例1之靶材係容易形成大面積的鐳鈷氧化物薄膜,可說是適合大面積的鐳鈷氧化物薄膜之工業的生產之靶材。
若考慮作為赤鐵礦型氧化物的鈀鈷氧化物、鈀鉻氧化物、鈀銠氧化物及鉑鈷氧化物之大塊單晶的特性之共通性,或是鈀與鉑或鉻與鈷與銠的特性之共通性,則認為藉由上述說明的實施例所確認的鈀鈷氧化物靶材、鈀鈷氧化物薄膜之製造方法的事項,亦當然共通於鈀鈷氧化物以外的鈀鉻氧化物、鈀銠氧化物及鉑鈷氧化物的赤鐵礦型氧化物。
如以上,可提供鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。
尚且,本說明書所揭示的實施形態為例示,本揭示之實施形態不限定於此,在不脫離本揭示之目的之範圍內可適宜改變。
產業上的利用可能性
本揭示可適用於鈀鈷氧化物靶材、赤鐵礦型氧化物靶材及鈀鈷氧化物靶材之製造方法。
[圖1]係實施例1之靶材的形狀之說明圖。
[圖2]係使用實施例1之靶材所剛形成後的PdCoO
2薄膜之X射線繞射圖型。
[圖3]係實施例1之PdCoO
2薄膜之AFM形貌影像。
[圖4]係顯示沿著圖3的直線M之PdCoO
2薄膜表面的凹凸之評價結果之曲線圖。
[圖5]係實施例1之PdCoO
2薄膜之X射線繞射圖型。
[圖6]係顯示實施例1之PdCoO
2薄膜之電阻率的溫度依賴性之曲線圖。
Claims (7)
- 一種鈀鈷氧化物靶材,其根據鈀鈷氧化物(PdCoO 2)之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下, 表面的鈀鈷氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下。
- 如請求項1之鈀鈷氧化物靶材,其中前述緻密度為65%以上70%以下。
- 如請求項1或2之鈀鈷氧化物靶材,其內部的鈀鈷氧化物之濃度為80.0質量%以上90.0質量%以下。
- 如請求項1~3中任一項之鈀鈷氧化物靶材,其中 前述表面的金屬鈀(Pd)之濃度為0.5質量%以上5.0質量%以下, 前述表面的氧化鈷(CoO)之濃度為0.0質量%以上2.0質量%以下。
- 一種赤鐵礦(delafossite)型氧化物靶材,其係赤鐵礦型結晶構造的鈀鉻氧化物(PdCrO 2)、鈀銠氧化物(PdRhO 2)或鉑鈷氧化物(PtCoO 2)之赤鐵礦型氧化物靶材, 根據赤鐵礦型氧化物之密度所算出的緻密度為60%以上80%以下, 表面的赤鐵礦型氧化物之濃度為90.0質量%以上99.5質量%以下。
- 一種鈀鈷氧化物靶材之製造方法,其包含: 混合步驟,係混合氯化鈀(PdCl 2)的粉末、鈀(Pd)的粉末及鈷酸鋰(LiCoO 2)的粉末而得到混合粉末; 燒成步驟,係將前述混合粉末進行燒成而得到燒成粉末; 洗淨步驟,係洗淨前述燒成粉末而得到去除了氯化鋰(LiCl)之洗淨後粉末;與 燒結步驟,係將前述洗淨後粉末進行燒結而得到鈀鈷氧化物(PdCoO 2)的燒結體。
- 如請求項6之鈀鈷氧化物靶材之製造方法,其中在前述燒結步驟中的燒結溫度為670℃以上800℃以下進行。
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