[發明專利]翻新含有銅和銦的合金濺射靶

有效

• 申請號: 201180057520.0
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN103228815A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: G·E·蓋爾比;R·T·尼爾森
• 申請（專利權）人: 陶氏環球技術有限責任公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 吳亦華

發明領域

本發明涉及翻新濺射靶以及這樣的靶在制造基于硫屬化物的光電活性濺射薄膜中的用途。

發明背景

n-型硫屬化物材料和/或p-型硫屬化物材料兩者都具有光伏功能性(在本文中也稱為光吸收功能性)。在并入到光伏器件中時，這些材料吸收入射光并產生電輸出。因此，這些基于硫屬化物的光吸收材料已在功能性光伏器件中用作光伏吸收體區。示例性的p-型硫屬化物材料通常包括銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)和/或鋁中的至少一種或多種的硫化物、硒化物和/或碲化物。盡管特定的硫屬化物組成可以由首字母縮略詞例如CIS、CISS、CIGS、CIGST、CIGSAT和/或CIGSS組成等來指稱，但在后文中，除非另外清楚地指出，否則術語“CIGS”將指稱所有硫屬化物組成和/或其所有前體。

已知可以通過將一種或多種組分濺射在適合的基材上并可能隨后進行硫屬化，來制造這些硫屬化物薄膜。例如，Britting等，“Development?of?Novel?Target?Materials?for?Cu(In，Ga)Se-Based?Solar?Cells，Plasma?Process.Polym.2009.6，其教導了通過鑄造來形成具有銅、銦和鎵三元相的濺射靶。

在使用濺射靶時，存在比其他區域被更快濺射掉的區域，產生通常被稱為“跑道(racetrack)”的溝槽。平面幾何形狀的靶清楚地表現出這種行為，在從靶的壽命開始至結束的濺射沉積期間，只有約20-50％的靶材被實際移除，其中壽命結束被定義為跑道溝槽的最深部分穿透全部靶厚度達到靶的粘合層或襯板的時間。該百分率由磁控管的具體類型和靶的構造決定。可旋轉幾何形狀的靶表現出由大多數暴露的靶材構成的“跑道”，并且在靶的兩端附近具有另外的顯著跑道溝槽，其也能留下顯著量的合金，盡管比平面靶的情形中少，其中約70-90％的靶材在濺射過程中被移除。

發明概述

本申請人發現，當包含銅、銦并且優選還包含鎵的靶用舊時，可以通過對包含銅和銦的第一相的粉末與用舊的靶進行冷壓制、優選冷等靜壓制將其有效翻新，以形成翻新的靶。得到的翻新的靶可用于形成高質量薄膜，正如由在隨后沉積的薄膜中銦比銅的比率的低標準偏差所指示。本申請人還發現，與美國專利公開2009/0277777的教導相反，如果粉末只含有單質銅和單質銦或銅和鎵與元素銦的合金，則得到的翻新的靶在整個靶測試中不產生如上所述的高質量CIGS前體材料。另外，本申請人發現，重要的是當通過XRD檢測時，所述粉末包括含有銅和銦的相。此外，重要的是用于翻新靶的條件不引起該銅和銦相的喪失。根據某些實施方式，所述相優選還包括鎵或鋁。所述粉末中還可以包括其他相或單質。這樣的其他相可以包括單質銦、鎵、銅鎵、二元硒化物、鈉化合物、氧或鈉污染等。

因此，根據第一實施方式，本發明是一種方法，所述方法包括：

提供包含銅和銦的濺射靶，所述濺射靶的表面具有靶材已消耗的區域；

提供具有包含銅和銦的第一相的粉末到所述表面上；以及

在不損失所述包含銅和銦的第一相的情況下將所述粉末壓制在所述表面上，以形成翻新的靶。

發明詳述

提供使用過的靶

初始靶可以是具有銅和銦的任何靶，優選其中銅和銦一起在第一相中。靶優選還包括鎵或鋁，最優選包括鎵。靶可以包括其他相，所述其他相包括銦、鎵、銅鎵、金屬硒化物、金屬硫化物、硒、硫、鈉、鈉化合物、氧等。一個或多個銅和銦相優選為靶的至少3wt.％，更優選至少5wt.％，更優選至少10wt.％，更優選至少25wt.％，甚至更優選至少50wt.％，最優選至少75wt.％。這樣的靶一般可以從GfE?Metalle?und?Materialien?GmbH和Heraeus?Materials?Technology?LLC獲得。

靶可以是標準的平面幾何形狀或旋轉幾何形狀的靶。靶已經在濺射中使用過，并且已具有形成在其中的一個或多個溝槽。

第一相中(銦+鎵)∶銅的原子比優選為至少0.5∶1、更優選至少1∶1、最優選至少1.2∶1。第一相中(銦+鎵)∶銅的原子比優選不超過4∶1，更優選不超過2.5∶1，更優選不超過1.8∶1。