TWI736776B - 化學蒸鍍用原料、置入有化學蒸鍍用原料的遮光容器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種化學蒸鍍用原料,係以化學蒸鍍(CVD)來製造氧化銦薄膜所用的原料,可長期儲存,在進行化學蒸鍍時,使用時容易處理;另提供該化學蒸鍍用原料的保存方法。本發明係一種化學蒸鍍用原料,包含:以烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)為主成分,以烷基環戊二烯(C5H5R2)、二(烷基環戊二烯)((C5H5R3)2)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)((C5H4R4)3-In)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上作為副成分(R1至R4分別表示碳原子數1至4的烷基),且實質上不含溶劑。
Description
本發明係關於一種化學蒸鍍用原料,其係用於藉由化學蒸鍍(CVD:chemical vapor deposition),形成含有銦的氧化物膜,且係關於一種填充該原料的遮光容器及其製造方法。
透明導電膜由於具有導電性及對可見光線的優良的光線穿透性,故利用於太陽電池、液晶顯示元件與其他的各種感光元件的電極等,並且活用在近紅外線區的反射吸收特性,而亦可利用於汽車、建築物的玻璃窗等所使用的反射膜或各種防靜電膜等。
上述透明導電膜一般係利用包含鋁、鎵、銦或錫作為摻雜物的氧化鋅、或包含錫、鎢或鈦作為摻雜物的氧化銦等。特別是包含錫作為摻雜物的氧化銦膜被稱為ITO(indium tin oxide;氧化銦錫)膜,在工業上廣泛地用於作為低電阻的透明導電膜。
如此的透明導電膜的製造方法,可舉物理蒸鍍 (PVD:physical vapor deposition)、化學蒸鍍(CVD),依據屬於化學蒸鍍(CVD)一種的原子層沉積(ALD:atomic layer deposition),可對具有凹凸的表面以原子級形成均勻厚度的被膜。
例如,在ECS Transactions 41(2)147-155(2011)係使用環戊二烯基銦(I)、與水及氧的二種作為氧源,藉由ALD依序進行環戊二烯基銦(I)、水及氧的暴露,形成均勻的透明導電性銦氧化物膜。
在日本特表2015-506416號公報係使用在常溫為液體的銦化合物,藉由ALD形成含銦的氧化膜,由於環戊二烯基銦(I)係固體,故並不適用於大面積的透明基材。
在美國專利第4965222號說明書係使用環戊二烯基銦(I)或烷基環戊二烯基銦(I)作為銦的前驅物,藉由有機金屬氣相磊晶(MOVPE:metalorganic vapor phase epitaxy)法在基材上形成磊晶InP層,而例示了在常溫為液體的乙基環戊二烯基銦(I)。但是,該乙基環戊二烯基銦(I)有對熱、光、大氣敏感的課題。
關於環戊二烯基銦(I)的穩定性,在Organometallics,21(22)4632-4640(2002)揭示若使得環戊二烯基銦(I)與三(環戊二烯基)銦(III)共存於THF(tetrahydrofuran;四氫呋喃)中,則三(環戊二烯基)銦(III)可使環戊二烯基銦(I)穩定 化。但為以此方法穩定化,需使得環戊二烯基銦(I)與其他銦化合物一起儲存在THF中,使用時之處理並不容易。
如此將環戊二烯基銦(I)作為銦的前驅物使用,雖可形成含有良好的銦的氧化物膜,但環戊二烯基銦(I)對熱、光、大氣極度敏感,有不容易穩定保存及處理的課題。另一方面,為適用於大面積的基材,前驅物在常溫以液體為佳。
本發明的課題在於提供一種藉由原子層沉積(ALD)等的化學蒸鍍(CVD)來製造含有銦的氧化物膜所用的原料,可穩定保存,於進行化學蒸鍍(CVD)時處理容易;另提供一種該原料的製造方法。
本發明者,針對可解決上述先前技術中問題的銦化合物進行探討的結果,發現藉由使烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)與烷基環戊二烯(C5H5R2)、二(烷基環戊二烯)((C5H5R3)2)、或三(烷基環戊二烯基)銦(III)(In(C5H4R4)3)共存,則可穩定存在,從而完成了本發明。
本發明係由以下事項所構成。
本發明的化學蒸鍍用原料之特徵在於:以烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In,R1表示碳原子數1至4的烷基)為主成分,並含有烷基環戊二烯(C5H5R2,R2表示碳原子數1 至4的烷基)、二(烷基環戊二烯)((C5H5R3)2,R3表示碳原子數1至4的烷基)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)(In(C5H4R4)3,R4表示碳原子數1至4的烷基)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上作為副成分,實質上不含溶劑。
副成分以包含烷基環戊二烯或二(烷基環戊二烯)為佳,此時的R2或R3與R1相同為佳。
此外,副成分包含三(烷基環戊二烯基)銦(III)亦佳,此時的R4與R1相同為佳。
再者,以R1至R4的碳原子數相同且該碳原子數為2為佳。
上述化學蒸鍍用原料以在23℃為液體為佳。
上述化學蒸鍍用原料,相對於以1H-NMR(1H nuclear magnetic resonance;氫核磁共振)所測定出的烷基環戊二烯基銦(I)的H量(積分值),烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、及三(烷基環戊二烯基)銦(III)的H量的合計以0.01以上未滿0.5為佳。
本發明的遮光容器係填充前述化學蒸鍍用原料而可安裝在化學蒸鍍裝置的容器。含於該化學蒸鍍用原料中的In金屬的量以0.1重量%以下為佳。
可安裝在本發明的化學蒸鍍裝置的置入有化學蒸鍍用原料的遮光容器的製造方法,具有下述步驟:步驟1, 係調製出使得主成分的烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)與副成分的烷基環戊二烯(C5H5R2)、二(烷基環戊二烯)((C5H5R3)2)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)(In(C5H4R4)3)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上共存的原料;步驟2,係將該原料在惰性氣體中填充於可安裝在化學蒸鍍裝置的遮光容器。再者,R1至R4係分別表示碳原子數1至4的烷基。
根據本發明,藉由在主成分的烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)中使得副成分的烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、或三(環戊二烯基)銦(III)共存,可使得烷基環戊二烯基銦(I)穩定化,只要在惰性氣體氛圍下處於遮光狀態,即便於室溫(23℃)下仍可加以保存。因此,本發明的化學蒸鍍用原料在藉由化學蒸鍍(CVD)形成含有銦的氧化物膜之過程中容易處理。
圖1係表示在實施例1的TG分析(Thermogravimetric Analysis;熱重量分析)結果。
圖2係表示在實施例2的TG分析結果。
本發明的化學蒸鍍用原料,包含以下述式(1)表示的烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)作為主成分,並以下述式 (2)表示的烷基環戊二烯(C5H5R2)及二(烷基環戊二烯)((C5H5R3)2)、以下述式(3)表示的三(烷基環戊二烯基)銦(III)(In(C5H4R4)3)、以及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上作為副成分。其中,R1至R4係分別獨立地表示碳原子數1至4的烷基。
以下詳細說明該化學蒸鍍用原料。
本發明的化學蒸鍍用原料係藉由化學蒸鍍法來製造含有銦的氧化物膜所用的原料,以烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)為主成分。
R1至R4係分別獨立表示碳原子數1至4的烷基。碳原子1至4的烷基以乙基、正丙基、正丁基為佳,以乙基為特佳。
再者,η5-環戊二烯基銦(I)(In(C5H5)),亦即在上述式(1)中R1並非烷基而係氫原子時,熔點為約170℃而難以蒸餾。
上述化學蒸鍍用原料的特徵係實質上不含溶劑。
在此,在Organometallics,21(22)4632-4640(2002)中指出若使得環戊二烯基銦(I)及三(環戊二烯基)銦(III)的雙方存在於THF中,則三(環戊二烯基)銦(III)可將環戊二烯基銦(I)穩定化,該THF溶液在20℃可維持黃白色4個月以上,但只有環戊二烯基銦(I)的THF溶液起初雖為黃白色,但從-196℃使溫度上升到20℃之後,再經過20分鐘後變成褐色,最終成為接近黑色的深褐色。
Organometallics,21(22)4632-4640(2002)研究認為對於含有In(C5H5)3及In(C5H5)的THF溶液而言,由於In(C5H5)3與In(C5H5)的C5H5部分係經由銦(II)源的THF‧(C5H5)2In-In(C5H5)2‧THF來交換,故In(C5H5)不易分解。
本發明係在實質上不使用溶劑的前提下來使得烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)穩定化,故明顯不同於上述文獻所記載的穩定化機制。
上述化學蒸鍍用原料為使得烷基環戊二烯基銦(I)穩定化而含有烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上 作為副成分。
在此,說明上述化學蒸鍍用原料的穩定化的機制。烷基環戊二烯基銦(I)(C5H4R1-In)在室溫下可因光或熱而發生如下歧化反應。
3(C5H4R1-In)→2In+In(C5H4R1)3
但是,若使得作為上述副成分的烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、或三(環戊二烯基)銦(III)共存其中,則可發揮抑制進行上述歧化反應的效果,而可使烷基環戊二烯基銦(I)穩定化。
一般認為上述歧化反應係活化能相對較低的吸熱反應,若存在上述副成分,則即使烷基環戊二烯基銦(I)被激發至活化狀態,亦幾乎不會往歧化的方向進行,而是回到原本的烷基環戊二烯基銦(I)。因此,R2至R4與R1相同為佳。再者,以所有R1至R4為乙基更佳。
可添加烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、及三(環戊二烯基)銦(III)的任何一種,亦可添加二種以上。
在上述化學蒸鍍用原料中添加烷基環戊二烯或二烷基環戊二烯時的含量,相對於以1H-NMR測定的烷基環戊二烯基銦(I)的H量(積分值),烷基環戊二烯、及二烷基環戊二烯的H量的合計為0.01以上未滿0.5。
此外,在上述化學蒸鍍用原料中添加三(烷基環戊二烯基)銦(III)或三(環戊二烯基)銦(III)時的含量,相對於以1H-NMR測定的烷基環戊二烯基銦(I)的H量(積分值),三(烷基環戊二烯基)銦(III)與三(環戊二烯基)銦(III)的H量的合計為0.01以上未滿0.5。
在上述化學蒸鍍用原料中添加烷基環戊二烯及/或二烷基環戊二烯、以及三(環戊二烯基)銦(III)時的含量,相對於以1H-NMR測定的烷基環戊二烯基銦(I)的H量(積分值),烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、及三(烷基環戊二烯基)銦(III)的H量的合計為0.01以上未滿0.5。
上述化學蒸鍍用原料的主成分的烷基環戊二烯基銦(I)可以習知的方法合成。例如R1為乙基時,在惰性氣體氛圍下使得丁基鋰與等莫耳量的乙基環戊二烯反應來合成出乙基環戊二烯基鋰之後,藉由在乙醚中添加等莫耳量的一氯化銦粉末來進行反應,而合成乙基環戊二烯基銦(I)。再者,由於乙基環戊二烯基銦(I)對光非常敏感,故添加一氯化銦之後需將反應系統遮光。之後,將所得粗生成物在減壓下蒸餾純化,在以乾冰冷卻的收集器得到黃白色的乙基環戊二烯基銦。
上述化學蒸鍍用原料的製造方法的特徵係具有下述步驟:步驟1,係使得烷基環戊二烯基銦(I)與作為副成分 的烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上共存;以及步驟2,係將該副成分與烷基環戊二烯基銦(I)在惰性氣體中充填於可安裝在化學蒸鍍裝置的遮光容器。
在步驟1,使副成分的烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、或三(環戊二烯基)銦(III)共存的方法並無特別限制,在蒸餾純化主成分之後立即添加較有效。
一般化學蒸鍍用原料由於即使在室溫亦具有蒸汽壓,故蒸餾純化物需冷卻收集,然而烷基環戊二烯基銦(I)的情形,若例如使用乾冰在-79℃以下的低溫捕集,則在低溫為固體時相對較不容易發生歧化反應,但是溫度上升成液體則會迅速進行歧化反應。
因此,烷基環戊二烯、或二(烷基環戊二烯)在剛蒸餾純化後的固體狀態時添加為佳,亦可事先在蒸餾之前添加而與烷基環戊二烯基銦(I)一起捕集。
此外,若經蒸餾純化的烷基環戊二烯基銦(I)與水起反應,則藉由C5H4R1-In+H2O→InOH+C5H4R1H的反應生成烷基環戊二烯,但由於InOH為固體,故藉由使用其上清液,可使得此時所生成的烷基環戊二烯及 /或該烷基環戊二烯經二聚化的二(烷基環戊二烯)共存。
添加三(烷基環戊二烯基)銦(III)或三(環戊二烯基)銦(III)時,由於三(烷基環戊二烯基)銦(III)等會藉由歧化生成,故即使不刻意另外合成添加,仍可使用歧化後混合物的上清液。
步驟1中有副成分的烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、或三(環戊二烯基)銦(III)共存而成的烷基環戊二烯基銦(I),在步驟2則是在惰性氣體中填充到可安裝在化學蒸鍍裝置的遮光容器。
此時,即使不經過步驟1而將未經穩定化的烷基環戊二烯基銦(I)以步驟2來直接填充在化學蒸鍍用原料的容器,亦可在填充後使之歧化而穩定化,但容易在填充時發生因歧化所析出的In金屬所致堵塞,並不容易處理,並且有大量的In金屬析出在容器內的問題。
藉由本發明的方法填充時,容器內的In金屬的量在填充後不久實質上為0,而即將作為蒸鍍用原料使用時為0.5重量%以下。亦即,容器內的In金屬的量即使經過長時間亦在0.5重量%以下。
經由如此的步驟1而得的本發明的化學蒸鍍用原料不含溶劑,實質上僅由主成分及副成分所構成,在步驟2,容易在惰性氣體中填充到可安裝在化學蒸鍍裝置的遮 光容器。此外,前述化學蒸鍍用原料在23℃、常壓下為液體。
本發明的化學蒸鍍用原料,含有烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上作為副成分,但由於烷基環戊二烯及二烷基環戊二烯會在低溫蒸發,故若在使用於化學蒸鍍前即全部蒸發,則不會對成膜造成障礙。此外,關於三(烷基環戊二烯基)銦(III)及歧化所生成的In金屬,在主成分的烷基環戊二烯基銦(I)蒸發的溫度區域幾乎沒有蒸汽壓,故在化學蒸鍍上沒有問題。但是,根據化學蒸鍍用原料填充在容器後的保存狀態,由於主成分的蒸汽壓有可能因副生成物而有些許變化,故可適切使用在不易受到蒸汽壓變化的影響的ALD(原子層沉積)法。
[實施例]
以下,根據實施例進一步具體說明本發明,惟本發明不應限定於下述實施例。
[實施例1]
在己烷中使得丁基鋰(BuLi)與等莫耳量的乙基環戊二烯(C5H4EtH)反應,合成乙基環戊二烯基鋰(C5H4EtLi)。合成之後,減壓餾除作為溶劑的己烷,得到固體的乙基環戊二烯基鋰。接著,添加乙醚作成懸浮液,對此添加1.2 倍莫耳量的細微粉碎的一氯化銦(InCl)粉末使之反應,合成乙基環戊二烯基銦。添加一氯化銦之後,在步驟檢查以外以遮光進行反應。從所得懸浮液減壓餾除乙醚之後,藉由減壓蒸餾,於乾冰冷卻的收集器得到黃白色固體的乙基環戊二烯基銦。
再者,由於預期到乙基環戊二烯基銦對光、熱及大氣非常敏感,故上述合成係在惰性氣體中進行。
將該收集器在惰性氣體中、以室溫遮光保存數日,結果熔化而著色成紅褐色,並看到銦金屬析出。即使將析出有該銦金屬的液體移到填充有惰性氣體的安瓿遮光保存數日也未看到銦金屬析出。測定該紅褐色液體的1H-NMR(400MHz、Varian公司製的UNITYINOVA 400S型),結果除了乙基環戊二烯基銦的訊號,尚可得到與測定乙基環戊二烯所得的訊號為相同的訊號,乙基環戊二烯及二乙基環戊二烯的H量(積分值)對乙基環戊二烯基銦(I)的H量(積分值)為0.2(圖1)。此外,將析出銦金屬變成紅褐色的液體以100℃真空蒸餾,結果得到黃白色固體的乙基環戊二烯基銦,在容器底部有可能是三(乙基環戊二烯基)銦的褐色液體。由此可知藉由使得乙基環戊二烯基銦與因歧化而生成的三(乙基環戊二烯基)銦共存,可使乙基環戊二烯基銦穩定化。
接著,進行該紅褐色液體的TG分析(BRUKER AXS公司製,TG-DTA 2000S型),結果如圖2,並未觀察到可認為起因於乙基環戊二烯基銦的蒸發以外的重量減少。在此,未達100%重量減少的原因係由於所有的副成分在測定的溫度範圍並不具有蒸汽壓。
[實施例2]
與實施例1同樣地,在乾冰冷卻的收集器得到黃白色的乙基環戊二烯基銦的固體。
接著,將該收集器在惰性氣體中、以室溫保存數日使之溶解,得到紅褐色的液體。此時,可看到銦金屬析出。再者,藉由對該紅褐色液體添加乙基環戊二烯進行減壓蒸餾,在以乾冰冷卻的收集器得到乙基環戊二烯基銦及乙基環戊二烯的混合物的固體。對該混合物經熔化的黃色至紅褐色液體測定1H-NMR,結果除了乙基環戊二烯基銦的訊號,尚可得到與測定乙基環戊二烯所得的訊號為相同的訊號,確認藉由減壓蒸餾得到乙基環戊二烯基銦與乙基環戊二烯的混合物的液體。即使將該混合物遮光保存數日仍未看到銦金屬析出。
接著,進行該液體的TG分析,結果如圖3,並未觀察到可認為起因於乙基環戊二烯基銦的蒸發以外的重量減少。在此,可認為乙基環戊二烯或二聚化的二乙基環戊 二烯在開始測定前已全部蒸發。此外,重量減少未達100%可能是在調製樣品時有些微的水的滲漏或是歧化的影響,但與實施例1比較則接近100%。
[比較例1]
與實施例1同樣地,在乾冰冷卻的收集器得到黃白色的乙基環戊二烯基銦的固體。將該固體在惰性氣體中熔化,結果成為黃色液體,但立即看到銦金屬析出。將該黃色液體移到填充有惰性氣體的安瓿,結果立即看到金屬析出,進一步保存到隔日,結果析出物增加,顏色變深。
該黃色液體,可認為是純度高的乙基環戊二烯基銦,但由於沒有與乙基環戊二烯、或者三(以基環戊二烯基)銦共存,故立即發生歧化而析出金屬,故填充於可安裝在化學蒸鍍裝置的遮光容器時,容易引起管或閥的堵塞,難以使用作為化學蒸鍍用原料。
Claims (8)
- 一種化學蒸鍍用原料,包含:以烷基環戊二烯基銦(I)(C 5H 4R 1-In)作為主成分,R 1表示碳原子數1至4的烷基;以烷基環戊二烯(C 5H 5R 2)、二(烷基環戊二烯)((C 5H 5R 3) 2)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)((C 5H 4R 4) 3-In)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上作為副成分,R 2表示碳原子數1至4的烷基,R 3表示碳原子數1至4的烷基,R 4表示碳原子數1至4的烷基;實質上不含溶劑。
- 如請求項1所記載之化學蒸鍍用原料,其中R 1至R 4的碳原子數相同。
- 如請求項2所記載之化學蒸鍍用原料,其中在23℃為液體。
- 如請求項1所記載之化學蒸鍍用原料,其中R 1至R 4的碳原子數均為2。
- 如請求項1至4中任一項所記載之化學蒸鍍用原料,其中相對於以氫核磁共振測定的烷基環戊二烯基銦(I)的積分值之H量,烷基環戊二烯、二(烷基環戊二烯)、及三(烷基環戊二烯基)銦(III)的H量的合計為0.01以上未 滿0.5。
- 一種置入有化學蒸鍍用原料的遮光容器,可填充如請求項1至5中任一項所記載之化學蒸鍍用原料,而可安裝在化學蒸鍍裝置。
- 如請求項6所記載之置入有化學蒸鍍用原料的遮光容器,其中該化學蒸鍍用原料所含In金屬的量為0.5重量%以下。
- 一種置入有化學蒸鍍用原料的遮光容器的製造方法,該遮光容器可安裝在化學蒸鍍裝置,該置入有化學蒸鍍用原料的遮光容器的製造方法具有下述步驟:步驟1,係調製出使得主成分的烷基環戊二烯基銦(I)(C 5H 4R 1-In)與作為副成分的烷基環戊二烯(C 5H 5R 2)、二(烷基環戊二烯)((C 5H 5R 3) 2)、三(烷基環戊二烯基)銦(III)((C 5H 4R 4) 3-In)、及三(環戊二烯基)銦(III)之中一種以上共存的原料,R 1表示碳原子數1至4的烷基,R 2表示碳原子數1至4的烷基,R 3表示碳原子數1至4的烷基,R 4表示碳原子數1至4的烷基;以及步驟2,係將該原料在惰性氣體中填充至可安裝在化學蒸鍍裝置的遮光容器。
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