JP2012102358A - Cu−Ga合金粉末の製造方法及びCu−Ga合金粉末、並びにCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法及びCu−Ga合金スパッタリングターゲット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Cu粉末とGaとが質量比で85:15〜55:45の割合で配合された混合粉末を、不活性雰囲気中で撹拌しながら30℃〜400℃の温度で加熱して合金化した後、合金化物を粉砕及び粉砕物を混合して、Cu−Ga合金粉末を作製し、このCu−Ga合金粉末を焼結してGaのばらつきが3.0質量%以内のCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造する。
【選択図】なし
Description
先ず、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットについて説明する。Cu−Ga合金スパッタリングターゲットは、Cu−Ga合金粉末を原料として粉末焼結法により製造することができる。
次に、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法について説明する。Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法は、まずCu粉末及びGaからCu−Ga合金粉末を製造し、得られたCu−Ga合金粉末を焼結してCu−Ga合金スパッタリングターゲットを製造する。
先ず、Cu−Ga合金粉末の製造方法について説明する。
Cu−Ga合金粉末の原料としては、Cu粉末及びGaが用いられる。Cu粉末及びGaの純度は、例えばCu−Ga合金スパッタリングターゲットから形成されるCIGS光吸収層の特性に影響を与えないように適宜選択される。
Cu粉末とGaとは、質量比で85:15〜55:45の割合で配合する。Ga量が15質量%以上であることにより、Gaによる均一被覆が可能となると共に、得られた粉末を焼結した際に均一な合金組織にすることが可能となる。また、Ga量が45質量%以下であることにより、Cu粉末の間に存在する多量のGaによってCu粉末同士が結合して塊状になるのを防ぐことができ、合金粉末の収率を向上させることができる。
上述した質量比でCu粉末とGaとが配合された混合粉末を、不活性雰囲気中で撹拌しながら、30℃以上400℃以下の温度で加熱して合金化し、粉末状のCu−Ga合金化物を作製する。具体的には、上述した質量比で秤量したCu粉末とGa小片を、Gaの融点よりも高くCuの融点よりも低い温度、即ち30℃以上400℃以下の範囲で温度を制御し、Cu粉末の表面又は内部にCu−Ga二元系合金を形成する。
このCu−Ga合金化物の粉砕、混合の雰囲気は、大気中又は不活性ガス雰囲気が好ましい。粉砕及び混合を行う装置としては、粉砕・混合が同時にできるボールミルを使用することができる。ボールミルに使用するボールは、Al2O3、ZrO2、SUSボールやテフロン(登録商標)を被覆したSUSボールを使用でき、直径5mm〜20mm程度である。また、ボールミルを使用する場合には、回転数50rpm〜250rpm程度である。
次に、上述したCu−Ga合金粉末を用いたCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
焼結工程では、上述した製造方法により製造したCu−Ga合金粉末を、例えばプレスにて成形し、この成形体を真空中で、400〜800℃で焼結する粉末焼結法を用いることができる。400〜800℃で焼結することにより、CuやGaが拡散するため、均一に合金化したCu−Ga合金焼結体が得られる。焼結方法は、不活性ガス雰囲気中での焼結でもよく、また、原料粉末を高温で耐熱性の型に入れて加圧するホットプレス法(HP法)、加圧媒体であるガスを用いて、高温高圧下で被処理物を等方的に加圧する熱間静水圧加圧焼結法(HIP法)等を用いてもよい。この中でもホットプレス法によれば、高密度の焼結体を安価に得ることができる。
仕上げ工程では、Cu−Ga合金焼結体の表面を研削により平面に仕上げ、Cu製のバッキングプレートにボンディングすることにより、Cu−Ga合金スパッタリングターゲットを得ることができる。
実施例1では、アルゴンガス雰囲気にしたグローブボックス内に、マントルヒーターにセットした容量1000mLの磁器製ビーカーと、この磁器製ビーカーにガラス製攪拌羽根を取り付けた攪拌装置とを設置した。
実施例2では、Cu−Ga合金粉末中のGa濃度が32.0質量%となるようにしたこと、合金化の際の温度を320℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、Cu−Ga合金粉末を作製した。そして、実施例1と同様に、Cu−Ga合金粉末の3箇所を無作為にサンプリングし、Ga濃度を調べた結果、サンプリング(1)が31.1質量%、サンプリング(2)が32.4質量%、サンプリング(3)が30.4質量%であり、Ga濃度のばらつきは2.0質量%以内であった。
実施例3では、Cu−Ga合金粉末中のGa濃度が35.0質量%となるようにしたこと、原料のCu粉末を、電解Cu粉末(平均粒径200μm、酸素:0.03質量%)を325.0g、Gaの小片を175.0gとしたこと、合金化の際の温度を30℃にしたこと以外は、実施例1と同様にして、Cu−Ga合金粉末を作製した。実施例1と同様に、Cu−Ga合金粉末の3箇所を無作為にサンプリングし、Ga濃度を調べた結果、サンプリング(1)が35.2質量%、サンプリング(2)が35.3質量%、サンプリング(3)が35.7質量%であり、Ga濃度のばらつきは0.5質量%以内であった。
実施例4では、アルゴンガス雰囲気にしたグローブボックス内に、マントルヒーターにセットした容量1000mLの磁器製ビーカーと、この磁器製ビーカーにガラス製攪拌羽根を取り付けた攪拌装置とを設置した。
比較例1では、Cu−Ga合金粉末中のGa濃度が32.0質量%となるようにしたこと、原料のCu粉末を、電解Cu粉末(平均粒径200μm、酸素:0.03質量%)を340.0g、Gaの小片を160.0gとしたこと、温度を380℃としたこと、ボールミルで粉砕、混合をしなかったこと以外は、実施例1と同様にしてCu−Ga合金粉末を作製した。Cu−Ga合金粉末に対して、実施例1と同様に3箇所を無作為にサンプリングし、Ga濃度を調べた結果、サンプリング(1)が33.4質量%、サンプリング(2)が31.4質量%、サンプリング(3)が29.2質量%であり、Ga濃度のばらつきは4.2質量%以内であった。そして、このCu−Ga合金粉末を用い、実施例1と同様にしてCu−Ga合金スパッタリングターゲットを作製した。
Claims (8)
- Cu粉末とGaとが質量比で85:15〜55:45の割合で配合された混合粉末を、不活性雰囲気中で撹拌しながら30℃〜400℃の温度で加熱して合金化した後、合金化物を粉砕及び粉砕物を混合することを特徴とするCu−Ga合金粉末の製造方法。
- 上記Cu粉末の平均粒径が1〜300μmであることを特徴とする請求項1記載のCu−Ga合金粉末の製造方法。
- Cu粉末とGaとが質量比で85:15〜55:45の割合で配合された混合粉末を、不活性雰囲気中で撹拌しながら30℃〜400℃の温度で加熱して合金化した後、合金化物を粉砕及び粉砕物を混合して作製され、
上記Gaの濃度のばらつきが3.0質量%以内であることを特徴とするCu−Ga合金粉末。 - Cu粉末とGaとが質量比で85:15〜55:45の割合で配合された混合粉末を、不活性雰囲気中で撹拌しながら30℃〜400℃の温度で加熱して合金化した後、合金化物を粉砕及び粉砕物を混合してCu−Ga合金粉末を作製し、
上記Cu−Ga合金粉末を焼結することを特徴とするCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法。 - 上記Cu−Ga合金粉末を焼結する前に、上記Cu−Ga合金粉末に対して、真空又は不活性雰囲気中で400℃〜900℃の温度で熱処理を行うことを特徴とする請求項4記載のCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- 上記熱処理及び上記焼結は、同一のホットプレス装置内で上記熱処理に続けて上記焼結を行い、
上記熱処理は、上記Cu−Ga合金粉末に対して無負荷、又は0.1MPa以下の圧力で行うことを特徴とする請求項5記載のCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法。 - 上記Cu粉末の平均粒径が1〜300μmであることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1項記載のCu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- Cu粉末とGaとが質量比で85:15〜55:45の割合で配合された混合粉末を、不活性雰囲気中で撹拌しながら30℃〜400℃の温度で加熱して合金化した後、合金化物を粉砕及び粉砕物を混合してCu−Ga合金粉末を作製し、上記Cu−Ga合金粉末を焼結して作製され、
上記Gaの濃度のばらつきが3.0質量%以内であることを特徴とするCu−Ga合金スパッタリングターゲット。
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