本发明涉及一种氧化物靶材及其所溅镀而成的氧化物薄膜，尤指一种铟锆氧化物靶材及其所溅镀而成的铟锆氧化物薄膜。
背景技术：
在内嵌式触控面板中，触控效果的好坏取决于显示面板上的薄膜的特性。通常，会在组件中设置一层高电阻薄膜，该层薄膜需具备片电阻值为107欧姆/单位面积(ω/sq)至1010ω/sq的高电阻特性，才具有抗干扰与防静电的功能，以实现良好的图像显示与触控功能。
高电阻薄膜的成膜方式可分为旋转涂布及物理气相沉积(pvd)两种。旋转涂布法多搭配溶胶及凝胶(sol-gel)法在基板上形成高电阻薄膜，此方法虽可得到大面积、成本低及产率高的高电阻薄膜，但大部分的涂液在涂布期间损耗且不适合应用于大尺寸的基板，因此旋转涂布法现已被物理气相沉积法取代。物理气相沉积法可较佳地控制薄膜厚度，且所制成的薄膜硬度高及附着力佳，因此广泛应用于高电阻薄膜的制造。
然而，目前的内嵌式触控面板尚未完全导入以物理气相沉积方法制作的抗干扰与抗静电薄膜，主要是因为利用物理气相沉积制备高电阻薄膜仍存在透光率偏低以及耐候性较差的问题。以上缺点皆导致内嵌式触控面板的触控效果不甚理想，从而限制了内嵌式触控面板的发展。
技术实现要素：
为克服现有技术所面临的问题，本发明的主要目的在于提供一种氧化物靶材，其所溅镀形成的氧化物薄膜具有高电阻及高透光率的特性。
为达成前述目的，本发明提供一种铟锆氧化物靶材，其包含铟、锆及氧，其中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.18且小于或等于0.40，且该铟锆氧化物靶材的平均体电阻率大于或等于8×10-3欧姆-厘米(ω-cm)且小于或等于5×10-2ω-cm。
以此铟锆氧化物靶材溅镀形成的铟锆氧化物薄膜的片电阻值大于或等于1×107ω/sq且小于或等于1×1010ω/sq，此高电阻的铟锆氧化物薄膜可适用于内嵌式触控面板的抗干扰及防静电的薄膜。
优选地，该铟锆氧化物靶材中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.22且小于或等于0.35。
优选地，所述铟锆氧化物靶材的体电阻率不均匀度小于1.5％；更优选地，所述铟锆氧化物靶材的体电阻率不均匀度小于或等于1.2％。
依据本发明，所述铟锆氧化物靶材的相对密度为大于98％，优选地，所述铟锆氧化物靶材的相对密度为大于99％。于此，铟锆氧化物靶材的相对密度的大小可作为判断铟锆氧化物靶材结构的致密性的指标。当一铟锆氧化物靶材的相对密度越高，表示其结构越致密；而当一铟锆氧化物靶材的相对密度越低，则代表其结构越松散。
依据本发明，所述铟锆氧化物靶材的x光衍射(xrd)光谱中的衍射峰皆可对应于三氧化二铟(in2o3)标准品和二氧化锆(zro2)标准品的衍射峰。
依据本发明，所述铟锆氧化物靶材的组成包含in2o3与zro2，且两者均匀地分布于铟锆氧化物靶材中。
依据本发明，所述铟锆氧化物靶材的xrd光谱中2θ在30°至32°之间具有in2o3的衍射峰及zro2的衍射峰，且in2o3的衍射峰的强度相对于zro2的衍射峰的强度的比值为0.7至4.0；优选地，在上述区间in2o3的衍射峰的强度相对于zro2的衍射峰的强度的比值为0.9至3.5；更优选地，在上述区间in2o3的衍射峰的强度相对于zro2的衍射峰的强度的比值为1.0至3.1。据此，当所述in2o3的衍射峰的强度相对于zro2的衍射峰的强度的比值小于0.7时，表示zro2衍射峰的强度已大于in2o3衍射峰的强度，且以此铟锆氧化物靶材溅镀形成的铟锆氧化物薄膜的片电阻值会有很明显的跃升。
依据本发明，随着锆含量增加，所述铟锆氧化物靶材中对应于zro2的衍射峰的强度亦逐渐增加。
依据本发明，所述铟锆氧化物靶材的平均晶粒粒径尺寸小于5微米(μm)，表示所述铟锆氧化物靶材中的晶粒并无显著粗化。优选地，所述铟锆氧化物靶材的平均晶粒粒径尺寸大于1μm且小于5μm。
依据本发明，前述铟锆氧化物靶材的制造方法包含：将铟的氧化物粉末及锆的氧化物粉末混合并进行喷雾造粒，其中该造粒粉末中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.18且小于或等于0.40；将该造粒粉末进行预成型，得到一靶胚；再将该靶胚于1500℃至1600℃下烧结5小时至10小时，以获得该铟锆氧化物靶材。
依据本发明，该造粒粉末的粒径为大于或等于100μm。优选地，所述造粒粉末的粒径大于或等于100μm且小于或等于300μm。
本发明另提供一种铟锆氧化物薄膜，其包含铟、锆及氧，其中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.18且小于或等于0.40，且该铟锆氧化物薄膜的片电阻值大于或等于1×107ω/sq且小于或等于1×1010ω/sq。所述铟锆氧化物薄膜是由如前所述的铟锆氧化物靶材所溅镀而成。
依据本发明，前述铟锆氧化物薄膜在波长550纳米(nm)的透光率为大于94％。
依据本发明，所述铟锆氧化物薄膜具有高电阻及高透光率的特性，可适用于内嵌式触控面板，以强化触控功能并实现图像显示与触控功能的良好结合。
附图说明
图1是实施例1的铟锆氧化物靶材的扫描式电子显微镜(sem)金相图。
图2是实施例2的铟锆氧化物靶材的sem金相图。
图3是比较例2的铟锆氧化物靶材的sem金相图。
图4是实施例1的铟锆氧化物靶材的xrd光谱与in2o3标准品和zro2标准品的xrd光谱的比对结果。
图5是实施例2的铟锆氧化物靶材的xrd光谱与in2o3标准品和zro2标准品的xrd光谱的比对结果。
图6是比较例2的铟锆氧化物靶材的xrd光谱与in2o3标准品和zro2标准品的xrd光谱的比对结果。
具体实施方式
为验证铟锆氧化物靶材的组成对其溅镀而成的铟锆氧化物薄膜的片电阻值及透光率的影响，以下将通过具体实施例及比较例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可经由本说明书的内容轻易地了解本发明所能达成的优点与功效，并且在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更，以施行或应用本发明的内容。
实施例1至3：铟锆氧化物靶材
首先，将适量的纯度高于3n(99.9％)的三氧化二铟(in2o3)粉末及纯度高于3n的二氧化锆(zro2)粉末与水混合成一浆料(浆料中的固含量控制于40％至65％)，再使用氧化锆磨球持续进行4小时至10小时的湿式球磨，使前述二种氧化物粉末均匀混合以得到一混合粉末，且其平均粒径(d50)小于1μm，藉此提升粉末分散性，避免发生成分不均的问题。于此，若成分混合不均易导致成分偏析、局部氧化物聚集与金相异常等，致使铟锆氧化物靶材的体电阻率产生分区差异性，高体电阻率的区域在溅镀过程期间易带电、产生电弧而导致异常放电。
于此，经前述混合比例，实施例1至3的锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值如下表1所示。在下表1中，锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值以zr/(in zr)表示。
接着，将前述混合粉末通过黏结剂使粉末间具黏结性，搅拌使其均匀混合后接续以喷雾造粒机进行粉末干燥，以形成直径大于100μm的造粒粉末。于此，利用喷雾造粒步骤能提升造粒粉末的流动性，在填粉成型步骤确保造粒粉末均匀填充于模具处，以利于受压成型，并藉此提升所填充的粉末的密度。
之后，取适量造粒粉末填于选定模具内，并施予150千克/平方厘米(kg/cm2)至300kg/cm2的压力，以单轴加压方式成型得到靶胚。于此，若加压成型步骤所设定的面压过小时，靶胚成型不易且致密性低；而若面压过大时，则有靶胚层裂抑或能源耗费等疑虑。接续转以冷均压成型，以提升靶胚受压均匀性。
最后，在氧气氛下、在1500℃至1600℃下烧结5小时，确保制得的铟锆氧化物靶材能符合电阻率特性及相对密度的要求。于此，烧结的温度过低抑或持温时间过短易致使烧结驱动力不足与反应致密化时间不够，而温度过高或持温时间过长则导致铟锆氧化物靶材晶粒成长过大而使强度弱化。
比较例1至2：铟锆氧化物靶材
比较例1至2大致上采用如同实施例1至3所述的方法制作铟锆氧化物靶材，其不同之处在于：
(1)比较例1至2的金属氧化物粉末比例不同。于此，经前述混合比例，比较例1至2的锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值亦如下表1所示。
(2)将比较例1的造粒粉末的直径调整为在50μm与80μm之间，并将比较例2的造粒粉末的直径调整为50μm以下。
(3)此外，为了避免晶粒成长过大，将烧结时间调整为3小时。
表1：实施例1至3及比较例1至2的铟锆氧化物靶材的组成(即zr/(in zr))和特性测量结果，及实施例4至6及比较例3至4的铟锆氧化物薄膜的片电阻值和透光率分析结果。
试验例1：相对密度
本试验例以实施例1至3和比较例1至2的铟锆氧化物靶材为待测样品，以阿基米得法量测各待测样品的表观密度(apparentdensity；da)。首先，将各待测样品烘干使其空孔内的水分蒸发，并量测各待测样品干燥的重量(wa)。接着，将各待测样品分别置于蒸馏水内煮沸以去除各待测样品的空孔内残留的空气，并使蒸馏水充满各待测样品的空孔，冷却静置后将各待测样品自蒸馏水中取出，擦拭其表面蒸馏水后量测各待测样品的湿重(ww)。最后，以悬吊法秤取各待测样品于蒸馏水中的悬浮重(ws)。然后，依计算式[表观密度(da)＝wa÷(ww-ws)]计算得到各待测样品的表观密度(da)。本发明的铟锆氧化物的理论密度为6.824克/立方厘米(g/cm3)，依计算式[相对密度(dr)＝表观密度(da)/理论密度×100％]计算得到各待测样品的相对密度(dr)。
试验例2：平均体电阻率
本试验例以实施例1至3和比较例1至2的铟锆氧化物靶材为待测样品，使用四点探针电阻率测试仪(厂牌：napson，型号：rt-70)测量各待测样品的体电阻率。各待测样品先以号数400的砂纸研磨表面以得一量测平整面。接着，将四点探针电阻率测试仪设定成体模式(bulkmode)，并将电流与电压设定成自动检测。之后，四点探针电阻率测试仪在单一量测面上可作十字型移动并下压探针使针尖同步接触量测面以读取测定值，于此，各待测样品测得30个量测数值，再取其平均值作为其平均体电阻率。各待测样品的分析结果列于上表1中。
试验例3：体电阻率不均匀度
本试验例以实施例1至3和比较例1至2的铟锆氧化物靶材为待测样品，将各待测样品的横截面由上至下先区分为五个区域，再使用四点探针电阻率测试仪(厂牌：napson，型号：rt-70)分别就前述五个区域各测量得一测量值，依体电阻率不均匀度(％)＝(五区域中最大体电阻率-五区域中最小体电阻率)÷五区域体电阻率平均值的两倍×100％的公式[(r最大值-r最小值)/(2×r平均值)×100％]，计算得到各待测样品的体电阻率不均匀度。各待测样品的分析结果列于上表1中。
试验例4：平均晶粒粒径尺寸
本试验例以实施例1至3和比较例1至2的铟锆氧化物靶材为待测样品，以各待测样品于2k倍率下观察所拍摄得到的sem金相图进行分析，于各金相图上分别绘制四条截线，其中二条截线为该金相图的对角线，另外两条截线分别平行于长边的中心线及平行于短边的中心线，四条截线于金相图上呈米字型排列。
接着，以此抽样统计四条截线上的晶粒总数，因晶粒在空间中的非等相性，即使四条截线的其中一条已计算过某一颗晶粒，当这些截线中的其他截线亦贯穿同一颗晶粒时，该同一颗晶粒仍列入计算。统计各截线上的晶粒总数后，再将各截线于待测样品上的实际长度(即金相图上的截线长度参照比例尺乘以一放大比例)除以晶粒总数得到各截线上的晶粒粒径尺寸。然后，以前述计算得到各截线上的晶粒粒径尺寸的数据计算所有截线的平均晶粒粒径尺寸，各待测样品分别采用三张金相图的平均值为各待测样品的平均晶粒粒径尺寸。各待测样品的分析结果列于上表1中。
试验例5：x光衍射分析
本试验例以实施例1至3和比较例1至2的铟锆氧化物靶材为待测样品。首先，使用扫描式电子显微镜(sem)观察各待测样品的金相图。图1及图2式实施例1及实施例2的铟锆氧化物靶材的sem金相图，从图1及图2观察到实施例1及实施例2的铟锆氧化物靶材仅有两相、且该两相均匀地分布。图3是比较例2的铟锆氧化物靶材的sem金相图，从图3亦观察到比较例2的铟锆氧化物靶材亦仅由两相所构成。
接着，再使用x光衍射仪(厂牌：rigaku，型号：ultimaiv)，并以每分钟2.4°的速度扫描、衍射角度由2θ为20°扫描至2θ为80°的扫描条件进行各待测样品的晶体结构分析，并将各待测样品所量测的x光衍射光谱与粉末衍射标准联合委员会(jointcommitteeonpowderdiffractionstandard，jcpds)的in2o3标准品(编号06-0416)及zro2标准品(编号50-1089)的粉末衍射数据文件(powderdiffractionfile，pdf)进行比对，比对结果如图4至图6所示。
图4、图5和图6分别是实施例1、实施例2和比较例2的铟锆氧化物靶材的xrd光谱与in2o3标准品和zro2标准品的xrd光谱的比对结果。从图4及图5观察到实施例1及实施例2的铟锆氧化物靶材的所有衍射峰皆可对应于in2o3标准品和zro2标准品的衍射峰，表示实施例1及实施例2的铟锆氧化物靶材仅由in2o3及zro2此两相所构成。此外，亦观察到随着锆含量增加，对应于zro2的衍射峰的强度逐渐增加。从图6观察到比较例2的铟锆氧化物靶材皆亦由in2o3及zro2此两相所构成，且当锆含量增加至41at％时，对应于zro2的衍射峰的强度已高过右侧对应于in2o3的衍射峰的强度。
进一步探讨图4至图6中2θ在30°至32°之间衍射峰的强度变化。
实施例1、实施例2和比较例2的铟锆氧化物靶材的xrd光谱在此区间可观察到in2o3的衍射峰和zro2的衍射峰，由in2o3的衍射峰的强度除以zro2的衍射峰的强度得到in2o3的衍射峰的强度相对于zro2的衍射峰的强度的比值(简称in2o3/zro2的衍射峰强度的比值)，将结果记录于上表1。
综合上表1的实验结果可知，当铟锆氧化物靶材中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值控制在0.18至0.40时，此种铟锆氧化物靶材(例如实施例1至3)的相对密度皆大于99％、平均晶粒粒径尺寸皆小于5μm；且在铟锆氧化物靶材中仅具有in2o3相及zro2相，其xrd光谱中2θ在30°至32°之间in2o3/zro2的衍射峰强度的比值可落在0.7至4.0。此外，实施例1至3的铟锆氧化物靶材的平均体电阻率在8×10-3ω-cm与5×10-2ω-cm之间，且体电阻率不均匀度大于或等于0.5％且小于或等于1.2％。
反观比较例1，当铟锆氧化物靶材中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值低于0.18时，比较例1的铟锆氧化物靶材的平均体电阻率未达8×10-3ω-cm且体电阻率不均匀度已超过1.2％。再观比较例2，当铟锆氧化物靶材中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值高于0.40时，比较例2的铟锆氧化物靶材的平均体电阻率超过5×10-2ω-cm且相对密度低于99％；此外，从图3的sem金相图亦可观察到，比较例2的铟锆氧化物靶材明显存在孔洞，致使其相对密度较低。
实施例4至6、比较例3至4：铟锆氧化物薄膜
实施例4至6及比较例3至4的铟锆氧化物薄膜是分别选用实施例1至3及比较例1至2的铟锆氧化物靶材，采用直流溅镀法，于50标准毫升每分钟(standardcubiccentimeterperminute，sccm)的氩气和1.2sccm的氧气流量下，以能量密度2/平方厘米(w/cm2)的溅镀功率和3毫托(mtorr)的工作压力，在25℃的玻璃基板上溅镀形成厚度为15nm的铟锆氧化物薄膜。
试验例6：片电阻值
本试验例使用片电阻量测仪(厂牌：cde，型号：resmap178)，透过机台于固定探针压力下导入电流并同步侦测电压，分别量测实施例4至6及比较例3至4的铟锆氧化物薄膜的片电阻值(sheetresistance，单位：欧姆/单位面积(ω/sq))，其量测结果如上表1所示。
试验例7：透光率
本试验例以实施例4至6和比较例3至4的铟锆氧化物薄膜为待测样品，使用近红外光分光量测仪(厂牌：jasco，型号：v-670)分别量测各待测样品的透光率，其中量测的波长区间为190nm至2700nm，并以可见光550nm的透光率为各待测样品的透光率量测结果，其结果如上表1所示。
综合上表1的实验结果可知，当选用本发明的实施例1至3的铟锆氧化物靶材时，由于实施例1至3的铟锆氧化物靶材的平均体电阻率控制在8×10-3ω-cm与5×10-2ω-cm之间，故其经溅镀形成的实施例4至6的铟锆氧化物薄膜的片电阻值在1×107ω/sq与1×1010ω/sq之间，且波长550nm的透光率皆大于94％。
反观比较例3，当选用比较例1的铟锆氧化物靶材进行溅镀时，其经溅镀形成的比较例3的铟锆氧化物薄膜的片电阻值小于1×107ω/sq且波长550nm的透光率未达94％。再观比较例4，当选用比较例2的铟锆氧化物靶材进行溅镀时，其经溅镀形成的比较例4的铟锆氧化物薄膜的片电阻值过高，已超过1×1010ω/sq。
试验例8：耐候性
为了验证控制铟锆氧化物靶材的组成(zr/(in zr))能使溅镀形成的铟锆氧化物薄膜具耐候性，故以实施例2的铟锆氧化物靶材进行如下试验：采用直流溅镀法，将实施例2的铟锆氧化物靶材于50sccm的氩气流量和不同的氧气流量(0.6sccm及0.9sccm)下，以能量密度2w/cm2的溅镀功率和3mtorr的工作压力，分别在室温及60℃的玻璃基板上溅镀形成厚度为15nm的铟锆氧化物薄膜，并将各铟锆氧化物薄膜于可见光550nm的透光率及初始片电阻值记录于下表2。于此，初始片电阻值于下表2中以“片电阻值0h”表示。
接着将上述铟锆氧化物薄膜放置于恒温恒湿试验机(厂牌：泰琪科技，型号：hrmb-80)内，温度设定为85℃，湿度设定为85％，经228小时后测量其片电阻值并记录于下表2，以“片电阻值228h”表示。
表2：实施例2的铟锆氧化物靶材于不同气体气氛下溅镀于不同温度的玻璃基板上所形成的铟锆氧化物薄膜的透光率、片电阻值、及其于温度85℃与湿度85％环境中置放228小时后的片电阻值。
由上表2的实验结果可知，实施例2的铟锆氧化物靶材于不同的氧分压下在不同温度的玻璃基板上所溅镀形成的铟锆氧化物薄膜，其于550nm可见光的透光率皆高于94％，且片电阻值皆在1×108ω/sq与1×1010ω/sq之间。此外，各铟锆氧化物薄膜在置放228小时后，片电阻值的变化亦在一个等级以内但仍控制在1×108ω/sq与1×1010ω/sq之间。上述实验结果显示实施例2的铟锆氧化物靶材在各种条件下制成的铟锆氧化物薄膜除了具有优异的透光率及片电阻值之外，更具极佳的耐候性。
综合上述实验结果，通过控制铟锆氧化物靶材的组成，本发明除了可获得相对密度高及体电阻率不均匀度低的铟锆氧化物靶材，还能将用其溅镀而成的铟锆氧化物薄膜的片电阻值控制在适当的范围内。此外，上述铟锆氧化物薄膜更具有高透光率，使该铟锆氧化物薄膜可应用于内嵌式触控面板。
1.一种铟锆氧化物靶材，其包含铟、锆及氧，其中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.18且小于或等于0.40，且该铟锆氧化物靶材的平均体电阻率大于或等于8×10-3欧姆-厘米且小于或等于5×10-2欧姆-厘米。
2.根据权利要求1所述的铟锆氧化物靶材，其中该锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.22且小于或等于0.35。
3.根据权利要求1或2所述的铟锆氧化物靶材，其中该铟锆氧化物靶材的相对密度为大于98％。
4.根据权利要求3所述的铟锆氧化物靶材，其中该铟锆氧化物靶材的相对密度为大于99％。
5.根据权利要求1或2所述的铟锆氧化物靶材，其中该铟锆氧化物靶材的平均晶粒粒径尺寸为小于5微米。
6.根据权利要求1或2所述的铟锆氧化物靶材，其中该铟锆氧化物靶材的x光衍射光谱中2θ在30°至32°之间具有三氧化二铟的衍射峰及二氧化锆的衍射峰，且该三氧化二铟的衍射峰的强度相对于该二氧化锆的衍射峰的强度的比值为0.7至4.0。
7.根据权利要求1或2所述的铟锆氧化物靶材，其中该铟锆氧化物靶材的体电阻率不均匀度小于1.5％。
8.根据权利要求7所述的铟锆氧化物靶材，其中该铟锆氧化物靶材的体电阻率不均匀度小于或等于1.2％。
9.一种制造根据权利要求1至8中任一项所述的铟锆氧化物靶材的方法，包含下列步骤：
1)将铟的氧化物粉末及锆的氧化物粉末混合并进行喷雾造粒，得到造粒粉末，其中该造粒粉末中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.18且小于或等于0.40；
2)将该造粒粉末进行预成型，得到一靶胚；及
3)将该靶胚于1500℃至1600℃下烧结5小时至10小时，以获得该铟锆氧化物靶材。
10.根据权利要求9所述的方法，其中该造粒粉末的粒径为大于或等于100微米。
11.一种铟锆氧化物薄膜，其包含铟、锆及氧，其中锆的原子数相对于铟及锆的原子总数的比值大于或等于0.18且小于或等于0.40，且该铟锆氧化物薄膜的片电阻值大于或等于1×107欧姆/单位面积且小于或等于1×1010欧姆/单位面积。
12.根据权利要求11所述的铟锆氧化物薄膜，其在波长550纳米的透光率为大于94％。
13.根据权利要求11或12所述的铟锆氧化物薄膜，其中该铟锆氧化物薄膜是由根据权利要求1至8中任一项所述的铟锆氧化物靶材所溅镀而成。
技术总结