JP2018525777A - 面状発熱体及び電気伝導薄膜 - Google Patents

Abstract

本発明は、面状発熱体及び電気伝導薄膜に関する。本発明の一実施形態による面状発熱体は、基板と、前記基板上に形成され、１種以上の準金属と１種以上の転移後金属とがドーピングされているスズ酸化物を含む発熱層と、を含む。

Description

本発明は、電気・熱変換素子に係り、より詳しくは、面状発熱体及び電気伝導薄膜に関する。

一般的に、電気の通電によって抵抗が加熱する電気発熱体は、温度調節が容易であるだけでなく、空気が汚染しないので衛生的であり、ノイズがないため、様々な分野で幅広く利用されている。当該発熱体の発熱源には、ニッケルクロム、鉄クロム、銅ニッケルのような金属抵抗線が一般的に使われている。

前記金属抵抗線を利用した発熱体においては、電気が前記抵抗線を介して流れるため、前記金属抵抗線のいずれかの部分でも電気的に開放されると、電気発熱体が作動せず、前記金属抵抗線の短絡がある場合には、過熱による火災の危険性もある。なお、前記金属抵抗線は、抵抗の高い所でのみ熱が生じる部分発熱方式により加熱が行われるため、電気発熱体の全体の温度分布が不均一であり、可視光線放射率が比較的高く、赤外線放射率が低いため、金属抵抗線の加熱効率は一般的に低い。また、前記金属抵抗線を利用する発熱体は、電流のフローによる電磁気波の発生による人体の有害性のために医療用のような応用に制限がある。

前記金属抵抗線を代替する電気発熱体としては、炭素繊維をパルプ部材のような基材上に分散させて製造される繊維状発熱体、及び黒鉛板状の粉末や炭素粉末を分散させた伝導性高分子発熱シートのような面状発熱体が開発されている。しかし、従来の面状発熱体は、製造コストが高く、導電粒子を活用するものであるため、基材の全体にわたって発熱の均一性を確保しにくいので、大面積化に制限がある。また、前述した赤外線放射効率が低いために低電力具現ができず、熱的耐久性が弱く、最大温度が低いという問題点がある。

本発明が解決しようとする課題は、高温加熱のために低電力駆動ができ、発熱の均一性、並びに優れた発熱性能及び熱的耐久性を有する面状発熱体及び電気伝導薄膜を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の一実施形態による面状発熱体は、基板と、前記基板上に形成され、１種以上の準金属と１種以上の転移後金属とがドーピングされているスズ酸化物を含む発熱層と、を含む。

一実施形態において、前記準金属は、前記転移後金属よりもドーピング量が相対的に多くてもよい。前記転移後金属のドーピング量は、前記準金属のドーピング量の１／７ないし１／５の範囲内であってもよい。前記スズ酸化物内の前記転移後金属のドーピング量は、０．１０ないし０．１５ａｔ．％であってもよい。前記スズ酸化物内の前記準金属のドーピング量は、０．６５ないし０．７５ａｔ．％であってもよい。前記転移後金属のドーピング量が増加するほど、面抵抗は減少し、前記準金属のドーピング量が増加するほど、面抵抗は増加することに基づいて、前記ドーピング量を決めることで、所定の発熱温度区間を有するように設計されてもよい。

一実施形態において、前記準金属は、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）からなるグループから選択された少なくとも一つを含んでもよい。前記転移後金属は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、リン（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）及びポロニウム（Ｐｏ）からなるグループから選択された少なくとも一つを含んでもよい。

前記準金属は、アンチモン（Ｓｂ）を含み、前記転移後金属は、ビスマス（Ｂｉ）を含んでもよい。一実施形態において、前記準金属及び前記転移後金属は、前記スズ酸化物内で酸化物の形態に存在してもよい。

一実施形態において、｛１１０｝面のＸ線回折ピーク位置２θが２０゜〜３０゜の範囲内にあり、｛２１１｝面のＸ線回折ピーク位置２θが４５゜〜５５゜の範囲内にあってもよい。一実施形態において、前記発熱層は、１００ｎｍないし５００ｎｍの厚さを有してもよい。一実施形態において、発熱温度が５００℃ないし８００℃であってもよい。

一実施形態において、前記発熱層上に形成される金属電極を更に含んでもよい。一実施形態において、前記発熱層上に積層される保護層を更に含んでもよい。また、前記発熱層及び前記保護層は、交互に繰り返して積層されてもよい。

一実施形態において、面状発熱体は、医療用機器、健康補助器、発熱機能のある装飾品、家電製品、建物、建物の底、タイルのような仕上げ材、煉瓦、建物の外部または内部、自動車ガラス窓、農業施設機器、産業用オーブン、印刷配線回路基板、透明電極、太陽電池、印刷用インク、または船舶用塗料に利用できる。

前記課題を解決するための本発明の他の実施形態による電気伝導薄膜は、基板上に形成され、１種以上の準金属と１種以上の転移後金属とがドーピングされているスズ酸化物を含む発熱層を含む。

本発明の実施形態によれば、準金属、好ましくは、アンチモン（Ｓｂ）と、転移後金属、好ましくは、ビスマス（Ｂｉ）とがドーピングされたスズ酸化物を含む薄膜状の発熱層を備えることで、発熱の均一性の確保によって、大面積化ができ、低電力駆動ができる面状発熱体が提供できる。

また、本発明の実施形態によれば、低い面抵抗による優れた発熱性能及び熱的耐久性を有することで、長寿命を有する面状発熱体が提供できる。

さらに、本発明の実施形態によれば、前述した利点を有する電気伝導薄膜が提供できる。

本発明の実施形態による面状発熱体を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態による面状発熱体を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態による面状発熱体を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態による面状発熱体のＸ線回折分析法（ＸＲＤ）の測定結果を示すグラフである。 本発明の実験例及び比較例による面状発熱体の時間による温度の変化を示すグラフである。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施形態は、色々な他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記の実施形態に限定されるものではない。かえって、それらの実施形態は、本開示をさらに充実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。

また、以下の図面において、各層の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたものであり、図面上で、同じ符号は同じ要素を指す。本明細書で使われたように、用語“及び／または”は、当該列挙された項目のうちいずれか一つ及び一つ以上の全ての組み合わせを含む。

本明細書で使われた用語は、特定の実施形態を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われたように、単数の形態は、文脈上明確に取り立てて指摘するものでなければ、複数の形態を含む。また、本明細書で使われる場合、“含む(comprise)”及び／または“含んだ(comprising)”は、言及した形状、段階、数字、動作、部材、要素及び／またはそれらのグループの存在を特定するものであり、一つ以上の他の形状、段階、数字、動作、部材、要素及び／またはそれらのグループの存在または付加を排除するものではない。

また、本明細書で使われた“連結”という用語は、ある部材が直接的に連結されたことを意味するだけでなく、部材の間に他の部材が更に介されて間接的に連結されたことまで含む概念である。

図１Ａないし図１Ｃは、本発明の実施形態による面状発熱体１００を概略的に示す断面図である。

図１Ａを参照すれば、本発明の実施形態による面状発熱体１００は、基板１１０及び発熱層１２０を含む。基板１１０は、ガラス、石英、セラミック、ソーダライム、プラスチック、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、またはポリカーボネート樹脂を含む。好ましくは、前記基板１１０は、ガラスを含む。

発熱層１２０は、前記基板１１０上に形成される。前記発熱層１２０は、１種の準金属と１種の転移後金属とがドーピングされたスズ酸化物を含む。前記準金属及び前記転移後金属は、前記スズ酸化物内で酸化物の形態に存在してもよい。前記準金属は、金属と非金属の中間性質を有する。例えば、前記準金属は、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）またはテルル（Ｔｅ）を含む。好ましくは、前記準金属は、アンチモン（Ｓｂ）を含む。

前記スズ酸化物内の準金属のドーピング量は、０．６５ないし０．７５ａｔ．％（原子数比）である。前記スズ酸化物内の準金属のドーピング量が０．６５ａｔ．％未満である場合、前記スズ酸化物内でドーパントの役割を行うことが困難である。前記スズ酸化物内の準金属のドーピング量が０．７５ａｔ．％を超える場合、面抵抗の値が増加し、面状発熱体の発熱温度を減少させる。

前記転移後金属は、転移金属に比べて融点と沸騰点が低く、スズ酸化物内で転移金属に比べて反応性が高い。例えば、前記転移後金属は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、リン（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）またはポロニウム（Ｐｏ）を含む。好ましくは、前記転移後金属は、ビスマス（Ｂｉ）を含む。

前記スズ酸化物内の転移後金属のドーピング量は、０．１０ないし０．１５ａｔ．％の範囲内である。前記スズ酸化物内の転移後金属のドーピング量が０．１ａｔ．％未満である場合、前記スズ酸化物内でドーパントの役割を行うことが困難である。前記スズ酸化物内の転移後金属のドーピング量が０．１５ａｔ．％を超える場合、反応性の高い転移後金属により、かえって面状発熱体の構造安定化が困難である。しかし、前記範囲内では、転移後金属は、前記スズ酸化物内で酸素と強く結合し、面状発熱体の構造安定化を図って熱的耐久性を向上させることができる。

一実施形態において、前記転移後金属のドーピング量は、前記準金属のドーピング量に比べて面抵抗の値により大きい影響を与えるため、前記転移後金属は、前記準金属に比べて相対的に微量添加する。一実施形態において、前記転移後金属のドーピング量は、前記準金属のドーピング量の１／７ないし１／５の範囲内である。前記範囲内では、転移後金属による面状発熱体のマトリックスが安定化され、熱的耐久性及び赤外線放出効率が向上すると共に、準金属による電気伝導性が向上し、発熱特性が向上できる。前記転移後金属のドーピング量が、前記準金属のドーピング量の１／７未満である場合、同じ電力の消耗に対する発熱温度が低く、転移後金属のドーピングによる熱的耐久性の向上及び電気・熱変換効率の向上が表されていない。前記転移後金属のドーピング量が、前記準金属のドーピング量の１／５を超える場合、光透過度が７０％未満に減少し、発熱温度が急激に減少する。

一実施形態において、前記転移後金属のドーピング量が増加するほど、面抵抗は減少し、前記準金属のドーピング量が増加するほど、面抵抗は増加することに基づいて、前記ドーピング量を決めることで、所定の発熱温度区間を有するように設計される。

発熱層１２０の厚さは、約１００ｎｍないし約５００ｎｍである。前記発熱層１２０が１００ｎｍ未満の厚さを有すると、高い抵抗値に比べて低い熱容量によって、発熱効果が微々である。前記発熱層１２０が５００ｎｍ超の厚さを有すると、基板１１０上に均一に形成されにくいか、基板１１０と発熱層１２０の熱膨脹係数の差のような要因によるクラックのような欠陥が生じる。好ましくは、発熱層１２０は、２００ｎｍないし４００ｎｍの厚さを有し、この範囲では、高温での寿命を決める薄膜の機械的強度と発熱温度が最適化される。発熱層１２０の発熱温度は、５００℃ないし８００℃である。

発熱層１２０の面抵抗は、４０Ｏｈｍ／ｓｑ．ないし５００Ｏｈｍ／ｓｑ．である。同一な組成比を有する薄膜の面抵抗は、薄膜の厚さによって変わる。

発熱層１２０は、前述したドーピング量の範囲内において、可視光線波長の範囲（３００ｎｍ〜７００ｎｍ）で７０％ないし１００％の透過率を有する。前記発熱層１２０は、目視でも透明性を有する。前記発熱層１２０の透過率が７０％未満である場合、不純物が多数含まれて不透明である。好ましくは、発熱層１２０は、平均８７％の透過率を有する。

発熱層１２０は、溶液蒸発法により形成される。前記発熱層１２０は、３００℃〜６００℃の蒸着装備内で分散溶液を蒸発させ、基板１１０上に蒸着して形成される。前記分散溶液は、溶媒としてエタノール、メタノールまたはブタノールのようなアルコールと、前駆体として塩化スズ（ＳｎＣｌ_４）、ドーピングされる元素を含有する三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_３）及び塩化ビスマス（ＢｉＣｌ_３）を含む。必要に応じては、更なるドーパントとしては、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、三塩化マンガン（ＭｎＣｌ_３）及び三塩化コバルト（ＣｏＣｌ_３）のような塩が更に添加されてもよい。前記前駆体は、前述した組成範囲を満たすように、前記溶媒内にそれぞれ好適な濃度で混合する。一実施形態において、前記分散溶液内には、前記前駆体の化学結合を助ける金属塩化物のような触媒が更に添加されてもよい。

一実施形態において、前記蒸着装備は、分散溶液を加熱するソース部、前記分散溶液から気化された中間生成物が基板１１０上に蒸着されるように、基板１１０を支持する支持部、及び基板１１０を加熱するための熱源を有する蒸着部を含む。

前記分散溶液を蒸発させる場合、塩化スズ（ＳｎＣｌ_４）の塩素（Ｃｌ）とスズ（Ｓｎ）の結合が切れ、前記スズ（Ｓｎ）が大気中の酸素（Ｏ）と結合して、スズ酸化物（ＳｎＯ_Ｘ）が形成される。前記スズ酸化物の結合エネルギーは、４８６．４ｅＶである。前記スズ酸化物は、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）であってもよい。前記スズ酸化物は、結晶質であってもよい。

前述した溶液蒸発法は例示的であり、本発明がこれに制限されるものではない。例えば、発熱層１２０は、化学気相蒸着法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着法（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）、溶液コーティング法、スパッタリング法などにより形成される。

一実施形態において、前述した面状発熱体１００は、電気伝導薄膜である。すなわち、電気伝導薄膜は、基板１１０と、前記基板１１０上に形成され、１種以上の準金属と１種以上の転移後金属とがドーピングされているスズ酸化物を有する発熱層１２０と、を含む。

図１Ｂを参照すれば、前記面状発熱体は、発熱層１２０上に金属電極１３０が形成される。なお、金属電極１３０が形成された発熱層１２０上に保護層１４０が更に形成されてもよい。

金属電極１３０は、前記発熱層１２０の上部の両側に形成される。前記金属電極１３０は、カソードまたはアノードの電極が形成される。前記金属電極１３０は、前記発熱層１２０の一部の領域、例えば、端領域上に直接接触して電気的に連結され、配線（図示せず）は、前記金属電極１３０の一部の領域上に形成され、発熱層１２０と外部回路（電源及び／または駆動回路）を互いに連結する。

前記金属電極１３０は、発熱層１２０に電流を伝達しなければならないので、電気抵抗が低く、付着が容易であり、付着強度が高い物質のうち選択される。例えば、前記金属電極１３０は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）及び／または銅（Ｃｕ）のような金属を含む。前記金属電極１３０は、スパッタリングのような気相蒸着法により薄膜状に製造される。しかし、本発明がこれに制限されるものではなく、前記金属電極１３０は、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）のような透明伝導性酸化膜または前述した金属のスラリーを用いたコーティング法により製造されてもよい。

保護層１４０は、前記発熱層１２０を外部環境から保護するためのものであり、耐熱性及び耐湿性物質で形成される。前記保護層１４０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような誘電体酸化物、織布及び不織布構造の繊維体のうち少なくともいずれか一つを含む。保護層１４０は、気相蒸着法や、分散溶媒を用いたスプレーコーティング法、スピンコーティング法、ディッピング法、ブラッシング法、その他のウェットコーティング法、または接着材を用いて積層されてもよい。

前記織布または不織布は、例えば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリウレタン繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維またはセルロース繊維のような合成樹脂繊維の１種または２種以上で製造された織布または不織布；綿で製造された織布または不織布；あるいは前記合成樹脂繊維及び綿を混合して製造された織布または不織布である。前記のような素材を用いて織布または不織布を製造する方法は、特に制限されず、例えば、一般的な製紙または織造工程により製造すればよい。

図１Ｃを参照すれば、前記面状発熱体は、基板１１０上に、発熱層１２０、金属電極１３０及び保護層１４０が交互に繰り返して積層された構造を有する。前記発熱層１２０は、発熱層１２０に含まれるドーピング物質の濃度が深さ方向に可変化するように、複数の層が集積された積層構造を有してもよい。複数の発熱層が集積された積層構造を有することで、一層の発熱層１２０から使用先によって要求される物理的特性や電気的特性が得られていない場合に、積層構造の発熱層を適用してこれを達成できる。

図２は、本発明の実施形態による面状発熱体のＸ線回折分析法（ＸＲＤ）の測定結果を示すグラフである。

図２を参照すれば、本発明の実施形態による面状発熱体のＸ線回折において、回折角２θの｛１１０｝面は、２０゜〜３０゜付近でピークを有し、｛１０１｝及び｛２００｝面は、３０゜〜４０゜付近でピークを有し、｛２１１｝面は、４５゜〜５５゜でピークを有する。｛２２０｝、｛３１０｝、｛１１２｝、｛３０１｝及び｛３２１｝面は、５５゜〜８０゜でピークを有する。これにより、前記面状発熱体は、ルチル構造の結晶組織を有する。面状発熱体１００は、強く結晶化された構造を有し、面状発熱体１００の断面は柱状を有する。

前記面状発熱体は、発熱体を必要とする様々な分野で応用できる。例えば、赤外線温熱器及びマッサージ器のような医療用機器または健康補助器；ヘアードライヤー、ヘアーアイロン、アイロン、瞬間温水器、温水タンク、ボイラー、温度維持器、電気ストーブ、発熱機能のある装飾品、グリル、レンジ、トースター、洗濯機、炊飯器、コーヒーメーカー、保温ポットのような家電製品；あるいは建物、建物の底、タイルのような仕上げ材、煉瓦、建物の外部または内部、及び自動車ガラス窓に適用でき、ペイント乾燥機、温風器、ミラー製箱機のような自動化施設；唐辛子及び果物のような農作物乾燥機、温室管理器、農業用温風器、プラスチックハウスラジエーターのような農業施設；あるいは密閉剤の硬化のための乾燥、各種の物質の溶融または加熱のための産業用オーブン、印刷配線回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）、透明電極及び太陽電池の効率と耐久性の向上のために応用でき、印刷用インク、回路基板のような各種の産業化機器に適用できる。また、船舶の船舶用塗料または船舶用製品に利用できる。

以下、実験例により具体的に本発明の実施形態について説明する。下記実験例の具体的数値は例示的であり、本発明がこれに限定されるものではないことを確かに理解しなければならない。

実験例１
前述した実施形態から選択して、気相蒸着のための分散溶液を用意した。表１のような組成を有するように、それぞれ好適な重量を取り、メタノール、マトリックスの前駆体として塩化スズ（ＳｎＣｌ_４）、準金属の前駆体として三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_３）、転移後金属の前駆体として塩化ビスマス（ＢｉＣｌ_３）を混合した分散溶液５ｇを準備し、蒸着装備内で３００℃〜６００℃の範囲内で前記分散溶液を加熱し、加熱された基板上に蒸着を行った。

実験例２
前述した実施形態から選択して、気相蒸着のための分散溶液を用意した。表１のような組成を有するように、それぞれ好適な重量を取り、メタノール、塩化スズ（ＳｎＣｌ_４）、三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_３）、及び塩化ビスマス（ＢｉＣｌ_３）を含む混合溶液１０ｇを準備し、蒸着装備内で３００℃〜６００℃の範囲内で前記混合溶液を加熱し、加熱された基板上に蒸着を行った。

比較例
前述した実施形態から選択して、気相蒸着のための分散溶液を用意した。表１のような組成を有するように、それぞれ好適な重量を取り、メタノール及び塩化スズ（ＳｎＣｌ_４）を混合した溶液５ｇを準備し、蒸着装備内で３００℃〜６００℃の範囲内で前記分散溶液を加熱し、加熱された基板上に蒸着を行った。

実験例と比較例の組成比
表１は、前記実験例及び比較例による面状発熱体をＸＰＳ（ｘ−ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により分析し、組成比を表した表である。組成比の単位はａｔ．％である。

実験例と比較例の特性実験１
表２は、実験例１、実験例２及び比較例による面状発熱体の面抵抗を四探針を用いて測定し、石英管に取り囲まれた面状発熱体の両端電極の接触部分に２２０Ｖの電圧をかけ、その際の最高温度値を表した表である。

実験例による面状発熱体は、三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_３）及び塩化ビスマス（ＢｉＣｌ_３）を含む分散溶液から形成され、準金属としてアンチモン（Ｓｂ）、転移後金属としてビスマス（Ｂｉ）がドーピングされたスズ酸化物を含む。比較例による面状発熱体は、三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_３）及び塩化ビスマス（ＢｉＣｌ_３）を含まない分散溶液から形成された。したがって、準金属としてアンチモン（Ｓｂ）、転移後金属としてビスマス（Ｂｉ）がドーピングされていないスズ酸化物を含む。

実験例１及び実験例２の面抵抗は、比較例の面抵抗に比べて相対的に低い。２２０Ｖの一定の電圧を印加する際の消耗電力であるＰ＝Ｖ^２／Ｒによって、面抵抗が低いほど、実験例１及び実験例２の最高温度は、比較例の最高温度に比べて高い。これは、準金属としてアンチモン（Ｓｂ）、転移後金属としてビスマス（Ｂｉ）がドーピングされたスズ酸化物を含む実験例１及び実験例２の面状発熱体が、比較例に比べて発熱性能に優れていると見られる。したがって、本発明の実施形態によれば、低い面抵抗による優れた発熱性能が得られる。

実験例と比較例の特性実験２
図３は、本発明の実験例及び比較例による面状発熱体を時間による温度の変化を示すグラフである。図３を参照すれば、準金属としてアンチモン（Ｓｂ）、転移後金属としてビスマス（Ｂｉ）がドーピングされていないスズ酸化物を含む比較例（ＣＥ１）の面状発熱体は、１８０分間４００℃の温度に維持していて急激に温度が減少した。しかし、準金属としてアンチモン（Ｓｂ）、転移後金属としてビスマス（Ｂｉ）がドーピングされたスズ酸化物を含む実験例１（ＥＸ１）及び実験例２（ＥＸ２）の面状発熱体は、３００分間５００℃〜７００℃の温度に維持されていた。したがって、本実施形態による面状発熱体は、温度耐久性が相対的に優れていることが分かる。

本発明の実施形態によれば、準金属、好ましくは、アンチモン（Ｓｂ）と、転移後金属、好ましくは、ビスマス（Ｂｉ）とがドーピングされたスズ酸化物を含む薄膜状の発熱層を備えることで、低電力駆動ができるという長所がある。また、本発明の実施形態によれば、低い面抵抗による優れた発熱性能及び熱的耐久性を有することで、使用寿命を延長することができる。

以上で説明したものは、本発明による面状発熱体を実施するための一つの実施形態に過ぎないものであり、本発明は、前述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する分野で通常の知識を有する者ならば誰でも様々な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があるといえるであろう。

Claims (17)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、１種以上の準金属と１種以上の転移後金属とがドーピングされているスズ酸化物を含む発熱層と、を含む面状発熱体。
2. 前記準金属は、前記転移後金属よりもドーピング量が相対的に多い、請求項１に記載の面状発熱体。
3. 前記転移後金属のドーピング量は、前記準金属のドーピング量の１／７ないし１／５の範囲内である、請求項２に記載の面状発熱体。
4. 前記スズ酸化物内の前記転移後金属のドーピング量は、０．１０ないし０．１５ａｔ．％である、請求項３に記載の面状発熱体。
5. 前記スズ酸化物内の前記準金属のドーピング量は、０．６５ないし０．７５ａｔ．％である、請求項４に記載の面状発熱体。
6. 前記転移後金属のドーピング量が増加するほど、面抵抗は減少し、前記準金属のドーピング量が増加するほど、面抵抗は増加することに基づいて、前記ドーピング量を決めることで、所定の発熱温度区間を有するように設計された、請求項５に記載の面状発熱体。
7. 前記準金属は、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）からなるグループから選択された少なくとも一つを含む、請求項１に記載の面状発熱体。
8. 前記転移後金属は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、リン（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）及びポロニウム（Ｐｏ）からなるグループから選択された少なくとも一つを含む、請求項１に記載の面状発熱体。
9. 前記発熱層上に形成される金属電極を更に含む、請求項１に記載の面状発熱体。
10. 前記発熱層上に積層される保護層を更に含む、請求項１に記載の面状発熱体。
11. 前記発熱層及び前記保護層は、交互に繰り返して積層される、請求項１０に記載の面状発熱体。
12. 発熱温度が５００℃ないし８００℃の範囲内である、請求項１に記載の面状発熱体。
13. 前記準金属及び前記転移後金属は、前記スズ酸化物内で酸化物の形態に存在する、請求項１に記載の面状発熱体。
14. ｛１１０｝面のＸ線回折ピーク位置２θが２０゜〜３０゜の範囲内にあり、｛２１１｝面のＸ線回折ピーク位置２θが４５゜〜５５゜の範囲内にある、請求項１に記載の面状発熱体。
15. 前記発熱層は、１００ｎｍないし５００ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載の面状発熱体。
16. 前記面状発熱体は、医療用機器、健康補助器、発熱機能のある装飾品、家電製品、建物、建物の底、タイルのような仕上げ材、煉瓦、建物の外部または内部、自動車ガラス窓、農業施設機器、産業用オーブン、印刷配線回路基板、透明電極、太陽電池、印刷用インク、または船舶用塗料に利用できる、請求項１に記載の面状発熱体。
17. 基板上に形成され、１種以上の準金属と１種以上の転移後金属とがドーピングされているスズ酸化物を含む発熱層を含む電気伝導薄膜。