陶瓷靶，由氧化鋅、鎵和硼構成的薄膜以及該薄膜的制備方法技術

本發明專利技術涉及光電子技術領域并且用于制備透明傳導層。更具體地，本發明專利技術涉及制備陶瓷材料的領域并且用于制備陶瓷靶，該陶瓷靶在微電子、光電子、納電子中通過磁控、電子束、離子束和其它薄膜施用方法的薄膜施用方法中充當材料源，并且涉及由這種陶瓷靶生產的薄膜，以及所述薄膜的制備方法。公開了基于摻雜鎵的氧化鋅的陶瓷靶，該陶瓷靶含有０．５至６原子％鎵和０．１至２原子％硼，一部分鎵和硼作為取代摻合物包含在氧化鋅微晶中，而剩余部分的鎵和硼與鋅一起包含在非晶態的晶粒間相中。還提出了基于摻雜鎵且擇優取向為（００１）的氧化鋅的多晶薄膜，在該薄膜的結構中０．１至２％鋅原子被硼原子取代，０．５至６％鋅原子被鎵原子取代，并且提出了該薄膜的制備方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及光電子
，并且旨在生產透明傳導層。 更具體地，本專利技術涉及生產陶瓷材料，并且旨在制造陶充靶，該 陶瓷靶為用于在微電子、光電子、納電子中濺射薄膜的磁控、電子束、離子束和其它方法提供了材料源，涉及由這樣的陶瓷靶生產的薄膜， 并且涉及形成這樣的薄膜的方法。
技術介紹
陶乾靶以及其合成方法是已知的，所述方法包括制備組分的混合物、成型和燒結。[J.M. Tairov， V. F. Tsvetkov.Technology of semi-conducting and dielectric materials ， Moscow, Higher School Publishing House, 1990， 423頁]。 用于磁控賊射的陶瓷靶也是已知的。與根據本專利技術的陶瓷靶及其制備方法最為接近的現有技術是于 1995年10月17日公開的美國專利5458753,其中公開了由氧化鋅和 鎵組成的陶資靶。根據上述原型的靶的缺點是陶瓷密度不足。這導致在薄膜形成過 程中材料的不均勻濺射，在濺射過程中在靶表面上產生宏觀顆粒，通 過簇和合成薄膜的不均勻摻雜污染生長表面。本專利技術的另一主題是由所述陶瓷靶濺射形成的透明傳導薄膜?；谘趸\的透明傳導薄膜是已知的[W.W. Wang， X.G. Diao， Z. Wang, M. Yang， T.M. Wang， Z. Wu. Preparation and characterization of high-performance direct current magnetron sputter ZnO: Al films. Thin Solid Films 491(2005)54-60]。這些薄膜的缺點是不存在摻雜摻合物，因此氧化鋅薄膜具有不足的傳導率?；趽诫s鎵的氧化鋅的透明傳導薄膜是已知的[P.K. Song， M.Watanabe， M. Kon， A, Mitsui, Y. Shigesato. Electrical andoptical properties of gal 1ium-doped zinc oxide films depositedby DC magnetron sputtering . Thin Solid Films 441 (2002) 82-86〗。 這些薄膜的缺點是載流子遷移率和化學耐受性降低。 與本專利技術最為接近的現有技術是基于摻雜鎵的氧化鋅的薄膜。鎵的離子半徑接近于鋅的離子半徑，因此使得能夠在氧化鋅中引入大濃度的鎵[US 5, 458, 753， 1995年10月17日]。這些薄膜的缺點是存在柱狀結構，這導致其性能劣化，特別是導致薄膜性能的各向異性。本專利技術的又一目標是合成上述透明傳導薄膜的方法。 已知許多氧化鋅薄膜的合成方法(氣體傳遞、熱解和其它)。最接近的現有技術是基于氧化鋅的薄膜合成方法，所述方法包括通過磁鎵 [P. K. Song, Watanabe, M. Kon， A. Mitsui, Y. Shigesato.Electrical and optical properties of gal 1 ium-doped zinc oxide films deposited by DC magnetron sputtering. Thin Solid Films 441 (2002) 82-86]。根據該原型的合成方法的缺點是形成的薄膜的不完整，即存在 并進一步保留了如上所述的使薄膜性能劣化的薄膜柱狀結構。專利技術概述本專利技術的目的在于通過提高基于氧化鋅并且摻雜有鎵的透明傳導 薄膜的結構完整性(這取決于生長表面上發生的過程)，在性質上改 良這些薄膜的性能。為了制備這樣的薄膜，必須使相應的陶瓷材料具 有高密度和在濺射過程中防止不均勾濺射和在陶瓷表面上形成宏觀結 構的結構。通過提出具有如下組成的陶瓷靶實現了所述目的，該組成中連同氧化鋅和鎵還包含硼。特別地，根據本專利技術的具有氧化鋅的靶含有0. 5至6原子y。的鎵和 0. 1至2原子％的硼。同時，摻雜摻合物作為取代摻合物不但包含在氧化鋅晶格中而且包含在含有鋅、鎵、硼和氧的非晶態相形式的晶界中。 本專利技術另一目的是提高載流子遷移率，以便減少包括這些薄膜的儀器在外部作用下的性能劣化，并且提高薄膜晶格中的結晶度，使得其性能為可預知和可計算。通過提出基于摻雜鎵的氧化鋅多晶薄膜實現了這個目的，在該薄膜組成中存在硼。本專利技術的另一目的是通過防止形成薄膜柱狀結構來提高結構完整性。通過提出一種合成薄膜的方法解決了所述目的，根據該方法，在 薄膜的生長表面上除了施用主要材料(氧化鋅)和摻雜摻合物(鎵)以 外，還施用硼作為提高吸附在生長表面上的原子的遷移率的組分。專利技術詳述本專利技術的一個主題是陶瓷靶。其制備如下研磨氧化鋅粉末、金 屬鎵和含硼物質的混合物，壓制并在提供鎵液態的溫度下進行燒結， 之后用液體鎵和含硼物質的混合物覆蓋氧化鋅顆粒。通過陶瓷的組成 來限定成分的定量組成。合成陶瓷的組成，除氧化鋅外，還包括O. 5至6原子°/。的鎵和0. 1 至2原子％的硼，部分鎵和硼作為取代摻合物存在于氧化鋅晶格中，而剩余部分的鎵和硼與氧化鋅一起以非晶態相形式存在于在晶界中。附圖說明圖1中，顯示了陶資靶ZnO:Ga:B的衍射圖。由該衍射圖可以看出 在晶界處存在對應于非晶態相的無定形帶(structureless band)。研磨氧化鋅粉末與液體金屬鎵[RU 20Q41Q5169]導致氧化鋅顆粒 周圍被鎵層覆蓋，但這難以按其它方式實現(例如，不能通過濺射實 現)。這在陶瓷體積中提供了均勾的鎵分布，并因此在由這種陶瓷濺射 的薄膜體積中提供了均勻的鎵分布。隨后使用氧化硼或使用在退火過程中形成氧化硼的化合物(例如硼酸)進行研磨導致氧化鋅顆粒被硼酸 顆粒覆蓋(硼酸能夠以水溶液形式引入、研磨和輕微干燥或直接壓制)。鋅，^而在燒結過程中在顆粒上產生液體表面相。加熱時，液體鎵而非任何其它液體金屬使材料劣化 [Chemical Encyclopedia, Sovetskaya Encyclopedia Publishing House, Miscow， 1988，第 935頁]，因此，盡管氧化鋅顆粒也遭受鎵的劣化，但隨后溶解在氧化 硼中，這也提高了陶瓷的均勻性。圖2給出根據利用掃描電子顯微鏡(SBM) (LEO 1450型)獲得的 特征X射線發射的元素分析數據，表明了所得陶瓷的均勻性。因此，研磨氧化鋅粉末與鎵提高了其在陶瓷和薄膜體積中的分布 均勻性，由于在高溫下硼的氧化物與氧化鎵并且與鎵劣化的氧化鋅顆 粒間的相互作用，添加硼導致硼提高摻合物在體積中的分布均勻性。 不存在鎵時，氧化硼的分布并不如此均勻，反之亦然，不存在硼時， 鎵分布的均勻性降低，在這兩種情況下，均不能獲得當鎵和硼同時存 在時可獲得的那些薄膜參數。另一方面，在陶瓷中鎵是不可替換的， 因為鎵對于生長薄膜是必須的，并且因為鎵的物理性能允許其在通過 所述方法的氧化鋅顆粒表面上擴展，因此提高了鎵在陶瓷和薄膜體積 中的分布均勻性。鎵通過相同作用還使氧化鋅顆粒劣化。另一方面， 在陶瓷燒結過程中，氧化硼溶解氧化鎵和氧化鋅，從而在顆粒邊界處 產生液相，取代本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于摻雜鎵的氧化鋅的陶瓷靶，其特征在于所述陶瓷靶含有０．５至６原子％的鎵和０．１至２原子％的硼，一部分鎵和硼作為取代摻合物包含在氧化鋅微晶中，而剩余部分的鎵和硼與鋅一起包含在非晶態的晶界相中。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】RU 2005-8-16 PCT/RU2005/0004211.基于摻雜鎵的氧化鋅的陶瓷靶，其特征在于所述陶瓷靶含有0.5至6原子％的鎵和0.1至2原子％的硼，一部分鎵和硼作為取代摻合物包含在氧化鋅微晶中，而剩余部分的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：AK阿卜杜夫，AS阿斯瓦洛夫，AK阿科美杜夫，IK卡米洛夫，
申請(專利權)人：普里馬股份有限公司，
類型：發明
國別省市：RU[俄羅斯]