SiOx:Si合成材料复合物及其制造方法技术

本发明专利技术采用氧化硅材料和导电的掺杂硅材料在保护性环境中烧结以产生复合的ＳｉＯ↓［ｘ］：Ｓｉ材料，其表现出ＳｉＯ↓［ｘ］的特性，并且其由于存在Ｓｉ而导电。这样一种复合材料有许多用途，如用作ＤＣ和／或ＡＣ溅射工艺中的靶材以产生用于触摸屏应用中的氧化硅薄膜，ＬＣＤ显示器的阻挡薄膜和用在各种应用中的光学薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SiOx:Si合成材料复合物及其制造方法
本专利技术涉及主要由非导电氧化硅材料组成的材料复合物，该氧化硅与使该整体复合物导电的部份材料结合。技术背景这种材料复合物的一种重要的商业应用是薄膜技术。很多建筑、汽车、 集成电路、平板显示器和光学设备需要硅氧化物(SiOx)的薄膜，如Si02。 —种用于制造这种薄膜的主要方法是通过称为射频溅射的物理气象沉 积工艺。这个方法是用非导电的二氧化硅材料作为生成该二氧化硅薄膜涂层 的源材料。高频ac电压，通常为13.56MHz电容性地施加到该靶材上。在一 个相位中，等离子的气体离子向该靶材加速并且导致在该靶材表面的材料由 于该气体离子轰击而脱离。在另一个相位中，在靶材表面的电荷被中和，从 而在这个周期性相位期限间没有溅射发生。尽管这个方法产生了合适的二氧 化硅薄膜涂层，但是其局限性在于要求使用昂贵和复杂的高频电源，该Si02 薄膜涂层结构的低沉积率以及用这种方法产生的Si02涂层所具有的固有的 均一性受到限制。直流(DC),脉冲DC或中低频交流(AC)溅射工艺没有这样的限制。 然而，DC和AC工艺要求使用硅作为Si02涂层的源材料。为了利用硅作为 沉积源材料，必须通过掺入合适的掺杂物，如硼、砷，或者通过添加少量的 铝或其他合适金属而使其足够导电。为了采用这种硅靶材通过DC或AC溅 射来产生Si02薄膜，还要求将大量的氧气引入该溅射工艺中。所得到的工艺 称为反应性溅射。氧气在该溅射工艺过程中与硅反应以生成Si02。为了生成Si02膜通常要求02气体压力为该真空室中总的气体压力的30-50°/。。相比于 可能使用相同的真空容器沉积的其它溅射薄膜的要求，这可能导致在氧气需求方面明显的方法失配。在该真空室中存在的大量的02也通过与该硅的碰撞而减缓沉积率。另外，由于反应沉积的特性，由硅或Si: A1耙材通过DC和 AC溅射得到的Si02膜通常缺乏足够的密度和透明度以使它们适于许多半导 体、平板和光电子应用。由这种反应性工艺制造的SiOj莫的复合物成分与那 些由非导电Si02靶材RF溅射制造的相比，通常表现出较低的可用的光学、本专利技术的一个目的是制造氧化硅基材复合物(通式为SiOx)，其包括足 够数量的硅以使该复合物导电。本专利技术的该SiOx:Si材料复合物适于任何需 要导电的SiOx基材的应用。基中一种应用是作为用在DC (包括DC脉冲) 或AC溅射工艺中的靶材，以在沉积过程中只需添加少量02制造高质量SiOx 薄膜涂层，因为在该靶材中存在的Si02作为容器中的一个氧气源，因此减 少通常在反应性溅射DC或AC处理过程中需要输入该容器的通常的氧气量。 这使得用来制造SiOx涂层的DC和AC溅射的生产效率和低效和高成本的 RF溅射方法制造涂层的效率相同。本专利技术的SiOx: Si材料由非导电的SiOx组分材料和一定量的Si组成， 这些硅以物理结合这些材料的方式与该SiOx掺杂并结合以使整个SiOx基材 复合物导电。在一些实施例中，可以添加一种或多种比该Si组分数量少的金 属。这些材料组分尽管主要由绝缘的二氧化硅组成，但在其保持很多二氧化 硅固有的材料特性的同时还表现出良好的导电性。这些材料可由固体块一如 板、棒和管制造。另外，这些块材可以弄碎(或研磨)成粉末形态，利用这些 粉末保持块材的导电性，以在各种制成品的形成中单独或者与其他材料一起 使用。因此，本专利技术的一个目标是制造复合SiOx: Si材料，该材料尽管主要 由绝缘SiOx材料组成，但是由于Si材料的存在而具有良好的导电性。该材 料可以用在许多应用中，这些应用需要SiOx的光学、热、机械或化学属性， 但是还需要可用的导电性。该材料电气特性可基于掺杂导电的Si、 Si02以及 在一些实施例中少量各种金属的组分的比例而得到调整。
技术实现思路
根据进一步的方面，这个导电Si:SiOx材料的微粒可添加到其他材料或与之混合以提供或者增强导电性或其他有用的属性。附图说明当结合下面的详细描述和附图考虑时，本专利技术的这些和其他特征以及 优点将变得更容易理解，其中图1是由Si:SiOx材料组成的物品的示意性说明。 图2是示出该材料进一步特征的示意性说明；以及 图3是该材料微粒形态图。具体实施方式本专利技术指复合的氧化硅:硅(SiOx:Si)材料的形成，通过选择和处理初 始材料使它们结合形成复合物，从而致使该材料导电。 根据本专利技术的基本原理，该工艺开始于氧化硅SiOx粉末(例如，Si02 粉末)，其本身基本上是不导电的，但是其与导电的Si以这种方式结合即 保护Si防止大量氧化同时将其与Si02材料结合以使整个复合物导电，同时 分别保留Si02和Si材料的特性。本专利技术所设想的一种方法开始于Si02和导电Si粉末的混合。压实并烧 结该混合的粉末以形成一种属性类似于氧化硅但是具有低电阻率的制品，并 因此可用在许多应用中。例如，这样一种材料的一个特别的用途是作为适于 用在DC或AC薄膜溅射工艺中的溅射靶材。根据本专利技术的第一当前优选实施例，通过将掺杂的硅(如硼P型掺杂 硅)粉碎然后研磨成粉末来制备该粉末混合物的导电的硅成分。如本领域的 技术人员所公知的，可通过在无定型的单晶或者多晶硅形成或浇铸之前向熔 融的硅增加合适的n或p掺杂物而可实现硅材料的惨杂。这些掺杂物原子的 浓度和均匀性确定了硅的特殊的电学特性。本专利技术可应用多种方法混合二氧化硅和导电硅的微粒，这些微粒的尺 寸和二氧化硅与掺杂的硅微粒的比率可以变化以改变最终产品的导电性或电阻率。在当前第一优选实施例中，基础二氧化硅粉末成分的重量超过50%， 以及导电硅粉末成分的重量大于10%， 二氧化硅优选地构成粉末混合物的多 数。根据当前优选的方法，这些粉末可在坩埚中混合在一起，使用氧化锆球 作为研磨介质，直到这些混合粉末的微粒平均尺寸减小到小于5pm。 一旦粉 末充分混合，优选地设在金属密封容器中中，然后在真空状态下加热以消除 残余的水分。在加热驱除水分后，对该密封容器中排气并密封，然后将其设 在热等静压室内，继而加热至足够的温度和压力以使该二氧化硅和掺杂硅微 粒致密及烧结。为此，该容器优选地能够经受该热等静压环境的热量和压力， 但是在该温度和压力下塑性流动，从而巩固并压实该容器内的粉末材料。一 旦压实，将所得到的二氧化硅掺杂硅材料的制品从该容器中移除。所得到的 复合物优选地压实至理论密度的至少90%，优选地是完全理论密度的至少 95%，更优选地是大于完全理论密度的99%。根据优选的方法，该粉末经受 温度在1200到145(TC之间以及压力超过20kpsi的热等静压(fflP)。更特别 地，该优选的方法包括在真空状态下加热至IOO(TC的热等静压，然后逐渐使 压力超过20kpsi同时将温度增加到1200到135(TC之间。根据本专利技术进一步 的特征，所得到的烧结的制品10的电阻率值小于200acm。优选的是，制品 或靶材的电阻小于150n.cm，更优的小于20Q.cm，进一步更优选地是10Q.cm 或者更低。所以，本专利技术设想的电阻率的范围是在大约10Q.cm或更小到大 约200n.cm的范围内。图1示意性地说明了由该创新性材料组成的制品10。图2示意性地说 明了该材料的详细结构，其中非导电氧化硅存在于导电硅网中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合ＳｉＯｘ基材，包括：　ＳｉＯｘ材料区域与不连续的导电Ｓｉ材料区域结合，其中该ＳｉＯｘ材料占该复合物重量的５０％到８０％之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维E史蒂文森，利Q周，
申请(专利权)人：温特克光电公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]