硼鋅氧化物濺鍍靶材及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硼鋅氧化物濺鍍靶材及其應(yīng)用。為克服傳統(tǒng)硼鋅氧化物濺鍍靶材無法使用高濺鍍速率的直流濺鍍工藝形成硼鋅氧化物薄膜的問題，本發(fā)明提供一種硼鋅氧化物濺鍍靶材，其BZO濺鍍靶材的硼含量相對于硼與鋅的含量和為1.15原子百分比至6.74原子百分比，且BZO濺鍍靶材的二次相面積占硼鋅氧化物濺鍍靶材的面積的2%至25%。本發(fā)明是將硼鋅氧化物濺鍍靶材的二次相面積控制于適當?shù)姆秶鷥?nèi)，使其能夠經(jīng)由直流濺鍍工藝提升濺鍍速率，并藉此形成一種于可見光區(qū)域的光穿透率高于80%且電阻率低于1×10-2Ω·cm的硼鋅氧化物薄膜。
【專利說明】硼鋅氧化物濺鍍靶材及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種硼鋅氧化物濺鍍靶材，尤指一種可應(yīng)用于直流濺鍍工藝的硼鋅氧化物濺鍍靶材。此外，本發(fā)明另關(guān)于一種利用直流濺鍍工藝形成硼鋅氧化物薄膜的方法及其硼鋅氧化物薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電氧化物(transparent conducting oxide, TC0)由于在可見光區(qū)域能夠具有大于80%以上的高透光性以及薄膜電阻率小于10 Ω/square的導(dǎo)電性，因而能夠被廣泛地應(yīng)用于各種光電產(chǎn)品(例如:太陽能電池、平面顯示器、發(fā)光二極管等)中，成為一種良好的透明導(dǎo)電電極材料。
[0003]傳統(tǒng)透明導(dǎo)電氧化物如:錫摻雜銦氧化物(tin doped indium oxide, ITO)(簡稱銦錫氧化物)或一氧化鋅(ZnO)等，其中，銦錫氧化物雖具備高透光性與良好的導(dǎo)電性的優(yōu)點，卻因為銦元素原料短缺、價格昂貴以及容易和氫氣電漿產(chǎn)生還原反應(yīng)等問題，而逐漸被其它透明導(dǎo)電氧化物所取代；而一氧化鋅雖無上述諸多缺點，卻因為無法提供足夠的導(dǎo)電性，而降低其于光電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用價值。
[0004]因此，為了提升一氧化鋅的導(dǎo)電性，通常會在一氧化鋅中摻雜如硼、鋁或鎵等元素，形成硼摻雜鋅氧化物(boron doped zinc oxide, BZ0)(簡稱硼鋅氧化物)、招摻雜鋅氧化物(aluminum doped zinc oxide, AZ0)(簡稱招鋅氧化物)或鎵摻雜鋅氧化物(galliumdoped zinc oxide, GZ0)(簡稱鎵鋅氧化物)等透明導(dǎo)電氧化物。透過摻雜元素置換鋅的晶格位置，使得ΒΖ0、ΑΖ0或GZO獲得所需的導(dǎo)電性(即，薄膜電阻率低于10 Ω /square)，而可應(yīng)用于各種光電產(chǎn)品中。
`[0005]根據(jù)Jun-chi Nomoto et.al.，J.Vac.Sc1.Technol.，A29, 041504 (2011)文獻報導(dǎo)指出，以直流磁控灘鍛工藝(direct current magnetron sputtering, dc-MS sputtering)制作硼鋅氧化物薄膜，其薄膜電阻率、霍爾遷移率(Hall mobility)及載子濃度的變異性很大；若以射頻磁控派鍍工藝(radio frequency magnetron sputtering, rf-MSsputtering)制作硼鋅氧化物薄膜,則不會有上述問題。
[0006]此外，由于形成硼鋅氧化物濺鍍靶材所使用的兩種氧化物中，三氧化二硼容易隨著溫度的升高而揮發(fā)，不僅使得于工藝中難以控制硼的添加量，對于硼鋅氧化物濺鍍靶材中的硼含量更是難以掌握。
[0007]是以，現(xiàn)有技術(shù)的硼鋅氧化物濺鍍靶材于濺鍍形成硼鋅氧化物薄膜時，僅能采用濺鍍速率較慢的射頻磁控濺鍍工藝形成硼鋅氧化物薄膜，而無法采用直流磁控濺鍍工藝形成成分均勻的硼鋅氧化物薄膜。此外，目前也沒有相關(guān)文獻報導(dǎo)提及，硼鋅氧化物濺鍍靶材可采用具備高濺鍍速率且工藝條件易于控制的直流濺鍍工藝，形成可應(yīng)用于光電產(chǎn)品的透明導(dǎo)電電極的硼鋅氧化物薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)所面臨的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種硼鋅氧化物濺鍍靶材，其能采用高濺鍍速率且工藝條件易于控制的直流濺鍍工藝(DC sputtering)形成硼鋅氧化物薄膜，藉以提升硼鋅氧化物薄膜的工藝產(chǎn)率，并且獲得具有良好薄膜特性的硼鋅氧化物薄膜。
[0009]為達成前述目的，本發(fā)明提供一種硼鋅氧化物派鍍祀材(boron doped zinc oxidesputtering target, BZO sputtering target),其中硼含量相對于硼與鋅的含量和為1.15原子百分比至6.74原子百分比，且該硼鋅氧化物濺鍍靶材中包含一基底相及一二次相，該二次相的面積占硼鋅氧化物濺鍍靶材的面積的2%至25%。
[0010]本發(fā)明將硼鋅氧化物靶材中的二次相面積控制于適當?shù)姆秶鷥?nèi)，使所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材可采用直流濺鍍工藝，形成具備良好薄膜特性的硼鋅氧化物薄膜。
[0011 ] 較佳的，所述二次相的面積占硼鋅氧化物濺鍍靶材的面積的5.5%至16%。
[0012]較佳的，于本發(fā)明硼鋅氧化物濺鍍靶材中，基底相的成份為氧化鋅，二次相的成份為Zn(3+y)B(2_x)06，其中X為O至0.5，y為O至1.5。其中，該二次相成分例如=ZnJh6CV
Zn4.1^1.9〇6、Zn4 4B1.9O6 O
[0013]較佳的，于本發(fā)明硼鋅氧化物濺鍍靶材中，二次相的成份為Zn(3+y)B(2_x)06，y=3/2x。更佳的，當y=3/2x時，X為O至0.5，y為O至0.75。
[0014]較佳的，于本發(fā)明硼鋅氧化物濺鍍靶材中，可進一步包含有至少一摻雜元素，該摻雜元素選自于由下列所組成的群組:鋁、鎵、銦、鍺、硅及錫。較佳的，該至少一摻雜元素的含量和相對于硼與鋅的含量和為0.25至0.5原子百分比。
[0015]較佳的，本發(fā)明硼鋅氧化物濺鍍靶材的絕對密度為5.2g/cm3以上。
`[0016]為達成前述目的，本發(fā)明`另提供一種利用直流濺鍍工藝形成硼鋅氧化物薄膜的方法，其是使用前述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，利用直流濺鍍工藝于一基板上濺鍍形成該硼鋅氧化物薄膜。
[0017]較佳的，該直流濺鍍工藝的工作壓力為1.7至9毫托(mTorr)，直流濺鍍功率密度為0.55至7W/cm2，且基板的溫度維持于25° C至350° C之間。
[0018]為達成前述目的，本發(fā)明再提供一種硼鋅氧化物薄膜，其是使用如前述的任一硼鋅氧化物濺鍍靶材所濺鍍而成，且該硼鋅氧化物薄膜中硼含量相對于硼與鋅的含量和為I原子百分比至6原子百分比，且該硼鋅氧化物薄膜的電阻率為1X10_3至9Χ10_3Ω 且光波長400nm至IlOOnm的平均光穿透率為80%至93%。
[0019]較佳的，該硼鋅氧化物薄膜，其硼含量相對于硼與鋅的含量和為I原子百分比至6原子百分比，且該硼鋅氧化物薄膜的電阻率為1X10—3至7Χ10_3Ω.cm，且光波長400nm至IlOOnm的平均光穿透率為89%至92%。
[0020]所述的硼鋅氧化物薄膜可采用各種濺鍍工藝所濺鍍而成，例如:直流濺鍍工藝、直流磁控濺鍍工藝、脈沖直流濺鍍工藝、射頻濺鍍工藝或射頻磁控濺鍍工藝，但并非僅限于此。
[0021]較佳的，本發(fā)明硼鋅氧化物薄膜是使用前述的任一硼鋅氧化物濺鍍靶材，并且經(jīng)由直流濺鍍工藝所濺鍍而成。較佳的，本發(fā)明硼鋅氧化物薄膜是使用如前述的方法所形成。
[0022]綜上所述，本發(fā)明提供一種硼鋅氧化物濺鍍靶材，通過控制該濺鍍靶材的二次相面積范圍，使其能夠采用高濺鍍速率與工藝條件容易控制的直流濺鍍工藝，濺鍍形成具有良好薄膜特性的硼鋅氧化物薄膜，進而提升硼鋅氧化物薄膜的工藝產(chǎn)率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1A為本發(fā)明實施例1的硼鋅氧化物濺鍍靶材的光學(xué)影像圖。
[0024]圖1B為本發(fā)明實施例1的硼鋅氧化物濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡影像圖。
[0025]圖1C為本發(fā)明實施例1的硼鋅氧化物濺鍍靶材的背向散射電子影像圖。
[0026]圖1D為本發(fā)明實施例1的硼鋅氧化物派鍍祀材經(jīng)Image-pro plus 6.3影像分析軟件分析的影像結(jié)果圖。
[0027]圖2A為本發(fā)明實施例2的硼鋅氧化物濺鍍靶材的光學(xué)影像圖。
[0028]圖2B為本發(fā)明實施例2的硼鋅氧化物濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡影像圖。
[0029]圖2C為本發(fā)明實施例2的硼鋅氧化物濺鍍靶材的背向散射電子影像圖。
[0030]圖2D為本發(fā)明實施例2的硼鋅氧化物派鍍祀材經(jīng)Image-pro plus 6.3影像分析軟件的影像結(jié)果圖。
[0031]圖3A為本發(fā)明實施例3的硼鋅氧化物濺鍍靶材的光學(xué)影像圖。
[0032]圖3B為本發(fā)明實施例3的硼鋅氧化物濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡影像圖。
[0033]圖3C為本發(fā)明實施例3的硼鋅氧化物濺鍍靶材的背向散射電子影像圖。
[0034]圖3D為本發(fā)明實施例3的硼鋅氧化物派鍍祀材經(jīng)Image-pro plus 6.3影像分析軟件分析的影像結(jié)果圖。
[0035]圖4為使用本發(fā)明實施例1至3的硼鋅氧化物濺鍍靶材經(jīng)由直流濺鍍工藝所獲得的硼鋅氧化物薄膜，其薄膜的電阻率及平均光穿透率與直流濺鍍功率密度的關(guān)系圖。
[0036]圖5A及5B為使用本發(fā)明實施例1至3的硼鋅氧化物濺鍍靶材及鋁鋅氧化物濺鍍靶材經(jīng)由直流濺鍍工藝所獲得的硼鋅氧化物薄膜及鋁鋅氧化物薄膜，于不同光波長下薄膜光穿透率的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0037]以下，將通過具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可經(jīng)由本說明書的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明所能達成的優(yōu)點與功效，并且于不悖離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更，以施行或應(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)容。
[0038]實施例:硼鋅氧化物濺鍍靶材及其濺鍍而成的薄膜
[0039]制作硼鋅氧化物濺鍍靶材
[0040]首先，提供三氧化二硼(B203)粉末、一氧化鋅(ZnO)粉末，并將三氧化二硼粉末、一氧化鋅粉末、陰離子型分散劑及水均勻混合，以形成一漿料。以三氧化二硼粉末及一氧化鋅粉末的總和為100重量百分比，實施例1至3中三氧化二硼粉末與一氧化鋅粉末的混合比例如下表1所示。
[0041]表1:實施例1至3用以制作硼鋅氧化物濺鍍靶材中三氧化二硼與一氧化鋅的混合比例。
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，硼含量相對于硼與鋅的含量和為1.15原子百分比至6.74原子百分比，且該硼鋅氧化物濺鍍靶材中包含一基底相及一二次相，該二次相的面積占硼鋅氧化物濺鍍靶材的面積的2%至25%。
2.如權(quán)利要求1所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述二次相的面積占硼鋅氧化物濺鍍靶材的面積的5.5%至16%。
3.如權(quán)利要求1所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述二次相的成份為Zn(3+y)B(2_x)06，X為0至0.5，y為0至1.5。
4.如權(quán)利要求3所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述二次相的成份為Zn(3+y)B(2_x)06，且 y=3/2x。
5.如權(quán)利要求1所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述基底相的成份為氧化鋅。
6.如權(quán)利要求1所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述硼鋅氧化物濺鍍靶材中還包含有至少一摻雜元素，該摻雜元素是選自于由下列所組成的群組:鋁、鎵、銦、鍺、硅及錫。
7.如權(quán)利要求6所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述至少一摻雜元素的含量和相對于硼與鋅的含量和為0.25至0.5原子百分比。
8.如權(quán)利要求1所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，其中，所述硼鋅氧化物濺鍍靶材的絕對密度超過5.2g/cm3。
9.一種利用直流濺鍍工藝形成硼鋅氧化物薄膜的方法，其是使用一種如權(quán)利要求1至8中任一項所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材，利用直流濺鍍工藝于一基板上濺鍍形成該硼鋅氧化物薄膜。
10.一種硼鋅氧化物薄膜，其是使用一種如權(quán)利要求1至8中任一項所述的硼鋅氧化物濺鍍靶材所濺鍍而成，且該硼鋅氧化物薄膜中硼含量相對于硼與鋅的含量和為1原子百分比至6原子百分比，且該硼鋅氧化物薄膜的電阻率為1X10_3至9Χ10_3Ω μπι，且光波長400nm至llOOnm的平均光穿透率介于80%至93%。
11.如權(quán)利要求10所述的硼鋅氧化物薄膜，其中，該硼鋅氧化物薄膜的電阻率為1Χ10-3至7Χ10-3Ω.cm，且光波長400nm至llOOnm的平均光穿透率介于89%至92%。
12.如權(quán)利要求10或11所述的硼鋅氧化物薄膜，其中，該硼鋅氧化物薄膜是使用一種如權(quán)利要求9所述的方法所濺鍍而成。
【文檔編號】C23C14/34GK103726015SQ201210384229
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月11日
【發(fā)明者】劉硯鳴, 張智詠, 徐惠纓 申請人:光洋應(yīng)用材料科技股份有限公司