WO2009120024A2 - p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법 - Google Patents

p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법 Download PDF

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WO2009120024A2
WO2009120024A2 PCT/KR2009/001543 KR2009001543W WO2009120024A2 WO 2009120024 A2 WO2009120024 A2 WO 2009120024A2 KR 2009001543 W KR2009001543 W KR 2009001543W WO 2009120024 A2 WO2009120024 A2 WO 2009120024A2
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zinc oxide
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oxide
compound semiconductor
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장민수
박철홍
김동진
박성균
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부산대학교 산학협력단
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    • 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
    • C04B35/453—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 based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates

Definitions

  • the present invention relates to a sintered compact for p-type zinc oxide compound semiconductor materials, and to a method for manufacturing a thin film and a thick film made of the sintered compact, wherein a sintered compact is prepared by mixing zinc oxide with a second compound molecule containing lithium oxide and lithium fluoride.
  • the present invention relates to a sintered compact for p-type zinc oxide compound semiconductor materials having excellent stability, reproducibility, and productivity by forming thin films and thick films by physical and chemical methods such as sputtering, and a method of manufacturing thin films and thick films using the same.
  • pure silicon crystals are called intrinsic semiconductors, and when impurity atoms are doped in the crystals, they are called extrinsic semiconductors.
  • Doping trivalent atoms (Al, B, Ga) into the silicon crystals creates a p-type semiconductor.
  • Zinc oxide semiconductors have n-type semiconductor characteristics without addition of impurities.
  • studies on these causes and physical properties of n-type semiconductors containing trivalent atoms (Al, Ga, In) have been conducted to date.
  • the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, to prepare a sintered body of zinc oxide compound by mixing two or more kinds of zinc oxide (ZnO) and the second type compound molecules in a specific ratio, A thin film and a thick film are manufactured by physical and chemical methods, such as sputtering method using a sintered compact, The sintered compact for p-type zinc oxide compound semiconductor material which is excellent in stability and productivity, and the manufacturing method of the thin film and thick film using the same are the subject of the subject.
  • the present invention provides a p-type zinc oxide compound in a sintered compact for semiconductor materials, wherein the zinc oxide compound is formed by mixing zinc oxide (ZnO) and a second type compound molecule.
  • the second type of compound molecule contains at least lithium oxide (Li 2 O) and lithium fluoride (LiF), and the molecular weight ratio is ZnO / (ZnO + second).
  • Seed compound molecule) 0.800 to 0.999
  • Li 2 O + LiF / (ZnO + second type compound molecule) 0.001 to 0.100
  • the second compound compound mixed with the zinc oxide may further include a divalent or trivalent metal oxide (such as CuO or Co 2 O 3 ) in addition to Li 2 O and LiF.
  • the sintered compact for p-type zinc oxide compound semiconductor material is preferably used as a sputtering target, an electron beam target, or an ion plating target to be manufactured into a thin film or a thick film.
  • the sintered compact for p-type zinc oxide compound semiconductor material is coated on a surface of any one of glass, sapphire, silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), and silicon carbide (SiC) to form a pn conjugate to a light emitting element. It is preferable to use it as a board
  • the present invention for solving the above problems, while mixing the second type compound molecules with zinc oxide (ZnO), the second type compound molecules / (ZnO + second type compound molecules) is mixed so that the molecular weight ratio of 0.2 or less. And forming a sintered body by firing at 700 ° C to 1500 ° C, and coating the surface of the substrate using the sintered body as a target to form a thin film using a sintered body for a p-type zinc oxide compound semiconductor material. This is another technical point.
  • the sintered body is used as one of the target for sputtering, the target for electron beams and the target for ion plating, and the sintered body is preferably coated on a glass surface or a transparent resin film.
  • the present invention provides a method for producing a thick film using a sintered compact for p-type zinc oxide compound semiconductor materials, wherein the second compound compound is mixed with zinc oxide (ZnO), and the second compound compound / (ZnO + second) is used.
  • P-type zinc oxide characterized in that it is mixed so that the molecular weight ratio of the seed compound molecules is 0.2 or less, a coating solution is prepared, calcined at 300 ° C to 600 ° C, and then reduced to form an oxide containing zinc oxide as the cationic element.
  • the manufacturing method of the thick film using the sintered compact for compound semiconductor materials makes another technical summary.
  • the said zinc oxide compound is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of carboxylate of zinc, an inorganic zinc compound, and zinc alkoxide.
  • a p-type zinc oxide compound semiconductor thin film or a thick film can be manufactured using a sintered body mixed with zinc oxide and a second type compound molecule, and the thin film and the thick film are excellent in conductivity and light transmittance.
  • the thin film and the thick film are excellent in conductivity and light transmittance.
  • the sintered body can be used as a transparent conductive material and a p-type semiconductor material, and there is an effect that the film forming operation by the sputtering method or the like can be stably performed, and the reproducibility and productivity are excellent.
  • FIG. 1 is a diagram showing a voltage-current curve of a p-n junction diode using p-type zinc oxide compound semiconductor ceramics and n-type zinc oxide compound semiconductor ceramics according to the present invention.
  • Fig. 2 shows a voltage-current curve of a p-n junction diode of a thin film coated with a p-type zinc oxide compound semiconductor ceramic target and an n-type zinc oxide compound semiconductor ceramic target according to the present invention on a glass or sapphire substrate.
  • the present invention relates to a sintered compact for a p-type zinc oxide compound semiconductor material, wherein the zinc oxide compound is a mixture of zinc oxide and a second compound molecule.
  • the second compound compound is lithium oxide (Li 2 O), lithium fluoride (LiF), lithium chloride (LiCl), sodium oxide (Na 2 O), sodium fluoride (NaF), sodium chloride (NaCl), potassium oxide Monovalent consisting of a trivalent metal oxide capable of coexisting (K 2 O), potassium fluoride (KF), potassium chloride (KCl) and the like, Co 2 O 3 , and the like, and copper oxide (CuO)
  • the metal oxide may be any one of divalent metal oxides or a mixture thereof.
  • the sintered body is preferably used as a sputtering target, an electron beam target, an ion plating target.
  • the sintered body is coated on the surface of a substrate, such as glass, sapphire, silicon, gallium arsenide, silicon carbide, or the transparent resin film.
  • the present invention is mixed with zinc oxide (ZnO), the second type compound molecules, the second type compound molecule / (ZnO + second type compound molecule) is mixed so that the molecular weight ratio of 0.2 or less, 700 °C to 1500 °C
  • the present invention relates to a method for manufacturing a thin film by forming a thin film on the surface of a substrate by physical vapor deposition using a sintered compact to form a sintered compact and using the sintered compact as a sputtering target, an electron beam target, and an ion beam target.
  • the thin film using the sintered body may also prepare a transparent conductive film having excellent transparency according to the type of the second type compound molecule.
  • the present invention is mixed with zinc oxide (ZnO) as a "second type compound molecule", but mixed so that the molecular weight ratio of the second type compound molecule / (ZnO + second type compound molecule) is 0.2 or less to prepare a coating solution
  • ZnO zinc oxide
  • the zinc oxide compound is preferably at least one selected from the group consisting of zinc carboxylates, inorganic zinc compounds and zinc alkoxides.
  • the thin film and the thick film prepared by the above method are used as a material of the p-type zinc oxide compound semiconductor, it can also be used as a material of the p-n junction light emitting diode, it can be widely used in electronic devices such as light emitting devices.
  • the sintered compact of this invention is a electrically conductive material used for formation of a thin film and a thick film,
  • the basic structural component consists of a zinc oxide and each component of the said 2nd type compound molecule.
  • composition ratio is molecular weight ratio
  • Li 2 O + LiF / (ZnO + Li 2 O + LiF + Co 2 O 3 ) 0.003
  • the sintered body of the present invention composed of such constituents has high stability when used as a target such as a sputtering apparatus to form a film, thereby improving productivity of the film-forming product.
  • the powder of the metal oxide, the metal fluoride and the metal chloride is mixed with a mixer, for example, a wet ball mill, beads mill, ultrasonic wave or the like. After mixing uniformly and grinding, it is good to shape
  • a mixer for example, a wet ball mill, beads mill, ultrasonic wave or the like.
  • a mixed pulverization treatment may be used so that the average particle diameter becomes 1 ⁇ m or less.
  • 900 degreeC is ideal at 900 degreeC
  • baking conditions are 1,200 degreeC-1,500 degreeC normally, Preferably you may be 10 to 72 hours at 1,250 degreeC-1,480 degreeC.
  • the sintered compact manufactured as mentioned above is used as a target material, and as a transparent base material used when forming a film
  • the synthetic resin polycarbonate resin, polymethyl methacrylate resin, polyester resin, polyether sulfone resin, polyarylate resin and the like are suitable.
  • the mark netron sputtering apparatus is used suitably.
  • the plasma output varies depending on the surface area of the target and the film thickness of the transparent conductive film, but the plasma output is usually 0.3 per 1 cm 2 of the target surface area. It is ideal to set the film formation time to 2 to 120 minutes in the range of -4W.
  • a transparent conductive film can be formed under the same film forming conditions as described above.
  • Li 2 O + LiF / (ZnO + Li 2 O + LiF + Co 2 O 3 ) 0.003
  • the sintered compact formed in said (1) the sputtering target of diameter 2 inches and thickness 5mm was manufactured, this was mounted in the RF magnetron sputtering apparatus, and the film
  • the sputtering gas uses argon and oxygen gas
  • the sputtering pressure is 10 to 20 mTorr
  • the distance between the target and the substrate is 3 to 5 cm
  • the substrate temperature is 20 to 500 ° C.
  • the input power is 50 to 100 W
  • the film formation time was performed as 10-60 minutes.
  • FIG. 1 is a diagram showing a voltage-current curve of a pn junction diode using p-type zinc oxide compound semiconductor ceramics and n-type zinc oxide compound semiconductor ceramics prepared according to an embodiment of the present invention
  • FIG. Fig. 2 shows the voltage-current curve of a pn junction diode of a thin film coated with a p-type zinc oxide compound semiconductor ceramic target and an n-type zinc oxide compound semiconductor ceramic target on a glass or sapphire substrate.
  • 1 is a target made by the above-described manufacturing conditions of the sintered compact target, which is formed by using a sintered compact sintered at 1300 ° C. for 1 hour, 2 hours, and 4 hours as a target. It was shown to exhibit good voltage-current characteristics.
  • the target was deposited on a glass or sapphire substrate using a target sintered at 1300 ° C. for 2 hours.
  • the sputtering pressure was 20 mTorr
  • the distance between the target and the substrate was 3-5 cm
  • the substrate temperature was room temperature
  • the input power was 80 W.
  • the film formation time shows the voltage-current curve of the p--n junction diode which was performed as 60 minutes, and it can be seen that good voltage-current characteristics are shown as a result of the measurement.

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Abstract

본 발명은 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법에 관한 것으로, 특히 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체에 있어서, 상기 산화아연화합물은 산화아연(ZnO)과 제2종화합물분자를 혼합하여 형성되되, 상기 제2종화합물분자는 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF), 염화리튬(LiCl), 산화나트륨(Na2O), 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl), 산화칼륨(K2O), 불화칼륨(KF), 염화칼륨(KCl)과, 2가 금속산화물이 공존할 수 있는 3가 금속산화물과, 1가 금속산화물이 공존할 수 있는 2가 금속산화물로 구성된 그룹 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 산화아연과 제2종화합물분자를 혼합한 소결체를 이용하여 박막 및 후막으로 제작하여 투명 도전 재료 및 p형 반도체 재료, 발광 다이오드 소자의 재료 등으로 사용되어 발광소자나 전자소자에 널리 활용될 수 있으며, 스퍼터링법 등에 의한 막 형성 조작을 안정적이고도 재현성 및 생산성이 우수하게 실행할 수 있는 효과가 있다.

Description

p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법
본 발명은 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 상기 소결체로 제조된 박막 및 후막의 제조방법에 관한 것으로, 산화아연에 산화리튬과 불화리튬을 포함하는 제2종화합물분자를 혼합하여 소결체를 제작하고, 스퍼터링법 등의 물리적 및 화학적 방법으로 박막 및 후막을 형성하여, 안정성과 재현성 및 생산성이 우수한 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 순수한 실리콘 결정체를 진성반도체(intrinsic semiconductor)라 하며, 결정체에 불순물 원자가 도핑(doping)되었을 때를 외인성반도체(extrinsic semiconductor)라 한다.
상기 외인성반도체 중에 4가 원자로 구성된 실리콘 결정에 5가 원자(As, Sb, p)를 도핑하면 전도대 전자가 형성되는데, 이러한 것을 n형 반도체라고 부른다. 그리고 실리콘 결정체에 3가 원자(Al, B, Ga)를 도핑하면 p형 반도체가 만들어 진다.
이와 같이 산화아연(ZnO) 반도체에서도 1가 원자(Li, Na, K)를 도핑하면 p형 반도체가 만들어져야 하지만, 현재까지 많은 연구에 의해 안정된 재현성 있는 p형 산화아연 반도체를 실행시키지 못하고 있다.
산화아연 반도체는 불순물을 첨가하지 않아도 n형 반도체 특성을 갖는다. 그리고 이러한 원인에 대한 연구와 3가 원자(Al, Ga, In)를 첨가한 n형 반도체에 관한 물성에 관한 연구는 현재까지 많이 이루어져 있다.
그리고 최근에 비소(As)와 질소(N)를 함께 도핑하여 p형 산화아연박막을 만들었다는 논문보고가 있지만 재현성이 아주 낮아 활용되지 못할 뿐만 아니라 p-n접합에 관한 연구도 있지만 전기적 특성과 광학적 특성면에서 실효성에 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 산화아연(ZnO)과 제2종화합물분자 중에 2종류 이상을 특정 비율로 혼합하여 산화아연화합물의 소결체를 제조하고, 상기 소결체를 이용하여 스퍼터링법 등의 물리적 및 화학적 방법으로 박막 및 후막을 제조하여, 안정성과 생산성이 우수한 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체 및 이를 이용한 박막 및 후막의 제조방법을 그 해결 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체에 있어서, 상기 산화아연화합물은 산화아연(ZnO)과 제2종화합물분자를 혼합하여 형성되데, 상기 제2종화합물분자는 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF), 염화리튬(LiCl), 산화나트륨(Na2O), 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl), 산화칼륨(K2O), 불화칼륨(KF), 염화칼륨(KCl)과, 2가 금속산화물이 공존할 수 있는 3가 금속산화물과, 1가 금속산화물이 공존할 수 있는 2가 금속산화물로 구성된 그룹 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는, 상기 제2종화합물분자가 적어도 산화리튬(Li2O)과 불화리튬(LiF)을 포함하는 것으로서, 그 분자량비가, ZnO/( ZnO+제2종화합물분자)=0.800 내지 0.999, Li2O+LiF/( ZnO+제2종화합물분자)=0.001 내지 0.100, 금속산화물/( ZnO+제2종화합물분자)=0.001 내지 0.100인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 산화아연에 혼합되는 제2종화합물분자는, Li2O 및 LiF 외에 2가 또는 3가 금속산화물(CuO 또는 Co2O3 등)을 더 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는, 스퍼터링(sputtering)용 타겟, 전자빔용 타겟 및 이온도금용 타겟 중에 어느 하나로 사용되어 박막 또는 후막으로 제조되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는, 유리, 사파이어, 실리콘(Si), 비소화갈륨(GaAs), 탄화실리콘(SiC) 중의 어느 하나의 표면에 피복됨에 의해 발광소자로의 p-n접합체 기판으로 사용되는 것이 바람직하며, 또한 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는, 투명수지 필름 표면에 피복되어 투명수지필름으로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 산화아연(ZnO)에 상기 제2종화합물분자를 혼합하되, 제2종화합물분자/(ZnO+제2종화합물분자)의 분자량비가 0.2 이하가 되도록 혼합하여, 700℃ 내지 1500℃에서 소성하여 소결체를 형성시키고, 상기 소결체를 타겟으로 이용하여 기판 표면에 피복되어 형성되는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 박막의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 소결체는 스퍼터링용 타겟, 전자빔용 타켓 및 이온도금용 타겟 중 하나로 사용되며, 또한 상기 소결체는 유리표면 또는 투명수지필름에 피복되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 후막의 제조방법에 있어서, 산화아연(ZnO)에 상기 제2종화합물분자를 혼합하되, 제2종화합물분자/(ZnO+제2종화합물분자)의 분자량비가 0.2 이하가 되도록 혼합하여, 도포용액을 제조하여 300℃ 내지 600℃로 소성한 후에 환원 처리해서 양이온 원소로서 산화아연을 함유하는 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 후막의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다. 여기에서, 상기 산화아연화합물이 아연의 카르복시산염, 무기아연화합물, 아연알콕시드로 된 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 산화아연과 제2종화합물분자를 혼합한 소결체를 이용하여 p형 산화아연화합물 반도체 박막 또는 후막을 제작할 수 있으며, 이러한 박막 및 후막은 도전성 및 광투과성이 우수하여 발광소자 등 전자소자에 널리 이용될 수 있는 효과가 있다. 특히, 상기 제2종화합물분자의 종류에 따라 투명도전막으로의 제작이 가능하여, 발광 다이오드 소자(LED), 유기 전자 발광소자(EL) 또는 태양전지 디스플레이 등에 사용가능한 효과가 있다.
또한, 상기 소결체는 투명 도전 재료 및 p형 반도체 재료로 사용할 수 있으며, 스퍼터링법 등에 의한 막 형성 조작을 안정하고도 재현성 및 생산성이 우수하게 실행할 수 있는 효과가 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 p-형 산화아연화합물 반도체 세라믹스와 n-형 산화아연 화합물 반도체 세라믹스를 이용한 p-n 접합 다이오드의 전압-전류 곡선을 나타낸 도.
도 2 - 본 발명에 따른 p-형 산화아연화합물 반도체 세라믹스 타겟과 n-형 산화아연 화합물 반도체 세라믹스 타겟를 유리 또는 사파이어 기판상에 피복한 박막의 p-n 접합 다이오드의 전압-전류 곡선을 나타낸 도.
본 발명은 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체에 관한 것으로, 상기 산화아연화합물은 산화아연에 제2종화합물분자를 혼합한 것이다. 여기에서 상기 제2종화합물분자는 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF), 염화리튬(LiCl), 산화나트륨(Na2O), 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl), 산화칼륨(K2O), 불화칼륨(KF), 염화칼륨(KCl) 등과, Co2O3 등으로 이루어진 2가 금속산화물이 공존할 수 있는 3가 금속산화물과, 산화구리(CuO) 등으로 이루어진 1가 금속산화물이 공존할 수 있는 2가 금속산화물 중에서 어느 하나 또는 이들의 혼합물 중에서 어느 하나의 물질이다.
또한, 산화아연에 혼합되는 상기 제2종화합물분자는 상기 제2종화합물분자 중에서 적어도 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF)을 포함하는 것이 바람직하며, 그 분자량비는, 산화아연/(ZnO+제2종화합물분자)=0.800 내지 0.999, 산화리튬 및 불화리튬/(ZnO+제2종화합물분자)=0.001 내지 0.100, 금속산화물/(ZnO+제2종화합물분자)=0.001 내지 0.100의 비율로 화합물을 조성하는 소결체로써 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 소결체는 스퍼터링(sputtering)용 타겟, 전자빔용 타겟, 이온도금용 타겟으로 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 소결체는 유리, 사파이어, 실리콘, 비소화갈륨, 탄화실리콘 등의 기판 표면 또는 투명수지 필름 표면에 피복된다.
또한, 본 발명은 산화아연(ZnO)에 상기 제2종화합물분자를 혼합하되, 제2종화합물분자/(ZnO+제2종화합물분자)의 분자량비가 0.2 이하가 되도록 혼합하여, 700℃ 내지 1500℃ 에서 소성하여 소결체를 형성시키고, 상기 소결체를 스퍼터링용 타겟, 전자빔용 타겟, 이온빔용 타겟으로 이용하여, 물리적 증착방법으로 기판표면에 박막을 형성하는 박막의 제조방법에 관한 것이다.
여기에서, 상기 소결체를 이용한 박막은 상기 제2종화합물분자의 종류에 따라 투명도가 우수한 투명도전막의 제조도 가능하다.
또한, 본 발명은 산화아연(ZnO)에 “제2종화합물분자”로 혼합하되, 제2종화합물분자/(ZnO+제2종화합물분자)의 분자량비가 0.2 이하가 되도록 혼합하여 도포용액을 조제하여, 300℃ 내지 600℃로 소성한 후에 환원처리 해서 주요 양이온 원소로서 산화아연을 함유하는 산화물로 이루어지도록 하는 후막의 제조방법에 관한 것이다. 여기서, 상기 산화아연화합물이 아연의 카르복시산염, 무기아연화합물, 아연알콕시드로 된 군으로부터 선택된 적어도 1종이 되는 것이 바람직하다.
상기의 방법으로 제조된 박막 및 후막은 p형 산화아연화합물 반도체의 재료로 사용되며, 이를 이용하여 p-n접합 발광다이오드의 재료로의 사용도 가능하여, 발광소자 등 전자소자에 널리 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명하고자 한다.
본 발명의 소결체는, 박막 및 후막의 형성에 사용되는 도전 재료이며, 그 기본적인 구성 성분은, 산화아연과 상기 제2종화합물분자의 각 성분으로 이루어진 것이다.
그리고, 이들 각 성분은, 그 조성 비율이 분자량비에 있어서,
ZnO/( ZnO+Li2O+LiF+Co2O3)=0.994
Li2O+LiF/( ZnO+Li2O+LiF+Co2O3)=0.003
Co2O3/( ZnO+Li2O+LiF+Co2O3)=0.003 등의 조성으로 구성된다.
이와 같은 구성성분으로 이루어진 본 발명의 소결체는 스퍼터링 장치 등의 타겟으로 사용하여 막을 형성하면 안정성이 높고, 막 형성 제품의 생산성이 개선된다.
다음으로, 본 발명의 소결체를 제조하는 방법에 있어서는, 금속산화물, 금속불화물 및 금속염화물의 분말을, 혼합 분쇄기, 예를 들면 습식 볼 밀(ball mill)이나 비즈 밀(beads mill), 초음파 등에 의해 균일하게 혼합하고 분쇄한 후, 프레스 성형에 의해 소망하는 형상으로 정형하고, 소성에 의해 소결하는 것이 좋다.
여기에서, 원료 분말의 혼합 분쇄는, 미세 분쇄하는 것이 좋지만, 통상, 평균 입경이 1㎛ 이하가 되도록 혼합 분쇄 처리하는 것을 사용하면 좋다. 또한, 분말의 합성 조건으로는 600℃에서 900℃가 이상적이며, 소성 조건은, 통상 1,200℃ 내지 1,500℃ 이며, 바람직하게는 1,250℃ 내지 1,480℃에서 10 내지 72시간으로 하면 된다.
상기한 바와 같이 하여 제조된 소결체를 타겟물질로 사용하며, 막 형성할 때에 사용하는 투명기재로서는, 종래부터 사용하고 있는 유리 기판이나, 높은 투명성을 갖는 합성 수지 제품의 필름 및 시이트(sheet)가 사용된다. 상기 합성수지로서는, 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴레에스테르 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아릴레이트 수지 등이 적합하다.
상기 타겟을 사용하여, 투명도전막을 투명 기재상에 스퍼터링법에 의해 막 형성하는 데 있어서는, 마크네트론스퍼터링 장치가 적합하게 사용된다.
또한, 이 장치를 사용하여 스퍼터링에 의해 막 형성할 때의 조건으로서는, 타겟의 표면적이나 투명도전막의 막두께에 의해 플라즈마의 출력은 변동하지만, 통상, 이 플라즈마 출력을, 타겟의 표면적 1cm2 당 0.3 내지 4W 의 범위로 하여, 막 형성 시간을 2 내지 120분으로 하는 것이 이상적이다.
한편, 상기 소결체를 장착한 전자빔 장치나 이온도금 장치의 타겟을 사용하여 막 형성하는 경우에 있어서도, 상기와 동일한 막 형성조건 하에서 투명도전막을 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들의 예에 의해 어떠한 방식으로도 한정되지는 않는다.
< 실시예 >
(1) 소결체의 제조
원료로서, 산화아연과 제2종화합물분자 분말을,
ZnO/( ZnO+Li2O+LiF+Co2O3)=0.994
Li2O+LiF/( ZnO+Li2O+LiF+Co2O3)=0.003
Co2O3/( ZnO+Li2O+LiF+Co2O3)=0.003 분자량비로 이루어지도록 혼합하여 제조한 분말의 화학 조성식은 (Zn,Li)OF와 (Zn,Co,Li)OF의 형으로 조성된다. 상기 조성물을 700℃에서 4시간 소결하고, 800℃에서 수 시간 2차 소결시킨다. 2차 소결된 분말을 1300℃에서 소결체 타겟을 만든다.
(2) 투명도전 유리의 제조
상기 (1)에 있어서 형성된 소결체에 의해, 직경 2인치, 두께 5mm의 스퍼터링용 타겟을 제조하고, 이를 알에프(RF) 마그네트론스퍼터링 장치에 장착하고, 유리 기판상에서 막을 형성하였다.
여기서의 스퍼터 조건으로서는, 스퍼터링 가스는 아르곤과 산소 가스를 사용하고, 스퍼터 압력 10~20mTorr, 타겟과 기판과의 거리는 3~5cm, 기판 온도 20℃~500℃, 투입전력 50W~100W, 막 형성 시간은 10~60분으로서 수행하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 p-형 산화아연화합물 반도체 세라믹스와 n-형 산화아연 화합물 반도체 세라믹스를 이용한 p-n 접합 다이오드의 전압-전류 곡선을 나타낸 도이고, 도 2는 본 발명에 따른 p-형 산화아연화합물 반도체 세라믹스 타겟과 n-형 산화아연 화합물 반도체 세라믹스 타겟를 유리 또는 사파이어 기판상에 피복한 박막의 p-n 접합 다이오드의 전압-전류 곡선을 나타낸 도이다.
도 1은 상기에서 설명한 소결체 타켓 제조조건에 의해 타겟을 만든 것으로, 1300℃에서 1시간, 2시간, 4시간 각각 소결시킨 소결체를 타겟으로 이용하여 형성시킨 것으로, 2시간 열처리시킨 타겟을 이용한 것이 가장 양호한 전압-전류 특성을 나타낸 것으로 나타났다.
도 2에서는 1300℃에서 2시간 소결시킨 타겟을 이용하여 유리 또는 사파이어 기판상에 증착시킨 것으로, 스퍼터 압력 20mTorr, 타겟과 기판과의 거리는 3~5cm, 기판 온도는 실온이고, 투입전력은 80W이며, 막 형성 시간은 60분으로서 수행된 p--n 접합 다이오드의 전압-전류 곡선을 나타낸 것으로, 측정결과 양호한 전압-전류 특성이 나타남을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체에 있어서,
    상기 산화아연화합물은 산화아연(ZnO)과 제2종화합물분자를 혼합하여 형성되데,
    상기 제2종화합물분자는 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF), 염화리튬(LiCl), 산화나트륨(Na2O), 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl), 산화칼륨(K2O), 불화칼륨(KF), 염화칼륨(KCl)과, 2가 금속산화물이 공존할 수 있는 3가 금속산화물과, 1가 금속산화물이 공존할 수 있는 2가 금속산화물로 구성된 그룹 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는,
    상기 제2종화합물분자가 적어도 산화리튬(Li2O)과 불화리튬(LiF)을 포함하는 것으로서, 그 분자량비가,
    ZnO/( ZnO+제2종화합물분자)=0.800 내지 0.999,
    Li2O+LiF/( ZnO+제2종화합물분자)=0.001 내지 0.100,
    금속산화물/( ZnO+제2종화합물분자)=0.001 내지 0.100인 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 산화아연에 혼합되는 제2종화합물분자는,
    Li2O 및 LiF 외에 2가 또는 3가 금속산화물을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는,
    스퍼터링(sputtering)용 타겟, 전자빔용 타겟 및 이온도금용 타겟 중에 어느 하나로 사용되어 박막 또는 후막으로 제조되는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는,
    유리, 사파이어, 실리콘(Si), 비소화갈륨(GaAs), 탄화실리콘(SiC) 중의 어느 하나의 표면에 피복됨에 의해 발광소자로의 p-n접합체 기판으로 사용되는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체는,
    투명수지 필름 표면에 피복되어 투명수지 필름으로 사용되는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체.
  7. 산화아연(ZnO)에 제2종화합물분자를 혼합하되, 제2종화합물분자/(ZnO+제2종화합물분자)의 분자량비가 0.2 이하가 되도록 혼합하여, 700℃ 내지 1500℃에서 소성하여 소결체를 형성시키고, 상기 소결체를 타겟으로 이용하여 기판 표면에 피복되어 형성되며,
    상기 제2종화합물분자는 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF), 염화리튬(LiCl), 산화나트륨(Na2O), 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl), 산화칼륨(K2O), 불화칼륨(KF), 염화칼륨(KCl)과, 2가 금속산화물이 공존할 수 있는 3가 금속산화물과, 1가 금속산화물이 공존할 수 있는 2가 금속산화물로 구성된 그룹 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 박막의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 소결체는 스퍼터링용 타겟, 전자빔용 타켓 및 이온도금용 타겟 중 하나로 사용됨을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 박막의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 소결체는 유리표면 또는 투명수지필름에 피복됨을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 박막의 제조방법.
  10. 산화아연(ZnO)에 제2종화합물분자를 혼합하되, 제2종화합물분자/(ZnO+제2종화합물분자)의 분자량비가 0.2 이하가 되도록 혼합하여, 도포용액을 조제하여 300℃ 내지 600℃로 소성한 후에 환원 처리해서 양이온 원소로서 산화아연을 함유하는 산화물로 이루어지며,
    상기 제2종화합물분자는 산화리튬(Li2O), 불화리튬(LiF), 염화리튬(LiCl), 산화나트륨(Na2O), 불화나트륨(NaF), 염화나트륨(NaCl), 산화칼륨(K2O), 불화칼륨(KF), 염화칼륨(KCl)과, 2가 금속산화물이 공존할 수 있는 3가 금속산화물과, 1가 금속산화물이 공존할 수 있는 2가 금속산화물로 구성된 그룹 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 후막의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 산화아연화합물이 아연의 카르복시산염, 무기아연화합물, 아연알콕시드로 된 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 p형 산화아연화합물 반도체 재료용 소결체를 이용한 후막의 제조방법.
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