濺射靶及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在襯管（backing tube)或襯板（backing plate)的表面，接合主 要由銦構(gòu)成的靶主體而形成的濺射靶及其制造方法，特別是，提出了一種當(dāng)通過(guò)濺射朝向 基板形成薄膜時(shí)，能防止起因于基于襯管等的靶主體的冷卻功能的下降而導(dǎo)致的異常發(fā)生 的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在隨著對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的需求的增大，并且太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)正在進(jìn)展的近幾年， 一般而言，正在進(jìn)行為了提高在基板上按順序地配置背面電極層、光吸收層、阻抗緩沖層、 透明導(dǎo)電層而構(gòu)成的太陽(yáng)能電池的光吸收層的光吸收能力的各種研宄。
[0003] 這里，在光吸收層的形成中，有時(shí)會(huì)使用作為具有廣泛覆蓋太陽(yáng)光光譜范圍的波 長(zhǎng)且光吸收能力高的合金而熟知的CIGS類合金，具體而言，能將由Cu、In、Ga、Se等組成的 該CIGS類合金作為濺射靶，對(duì)玻璃基板等的基板通過(guò)濺射來(lái)進(jìn)行。
[0004] 在用于形成這樣的光吸收層等的濺射時(shí)，使用了在平板形狀的襯板上接合靶主體 而形成的平板型濺射靶的磁控濺射為主流。但是，在使用這種方法的情況下，由于因磁鐵的 配置而導(dǎo)致在面內(nèi)被濺射的量不同，所以最容易濺射的地方在濺射到靶厚度為止時(shí)就已經(jīng) 壽命結(jié)束。因此，未使用的部分也很多，并且使用效率變低。
[0005] 針對(duì)這種情況，為了提高靶表面的利用效率，例如，如圖1中例示的那樣，使用在 圓筒形狀的襯管101的外圓周面上接合了靶主體102的圓筒型濺射靶103,在這樣的圓筒型 濺射靶的繞軸旋轉(zhuǎn)下進(jìn)行濺射，該所謂的基于旋轉(zhuǎn)型濺射的濺射技術(shù)已達(dá)到了實(shí)用化。
[0006] 此外，上述平板型及圓筒型的任一類型的濺射靶，一般都是主要通過(guò)熔化鑄造法 鑄造銦制靶主體而進(jìn)行制造的。例如，在專利文獻(xiàn)1中，提出了"一種濺射用靶的制造方法， 其特征在于，通過(guò)在襯板上形成銦、銦合金、錫或者錫合金的薄膜之后，向該薄膜上灌注銦、 銦合金、錫或者錫合金進(jìn)行鑄造，從而與襯板形成為一體"。
[0007] 可是，在與銦制靶主體接合的襯管或襯板由銅構(gòu)成的情況下，通過(guò)使用銦錫來(lái)作 為完成與靶主體的接合的焊料，從而基于在銦錫中固熔銅，能使襯管或襯板與靶主體互相 例如以90%以上的比較高的粘接率進(jìn)行接合。此外，該"粘接率"是通過(guò)下述的超聲波探傷 來(lái)測(cè)定的。
[0008] 在另一方面，襯管或襯板也在銅以外的金屬材料中由不銹鋼或鈦、鋁構(gòu)成的情況 下，特別是，當(dāng)往內(nèi)部設(shè)有襯管或襯板的鑄模的鑄造空間中灌注例如200°C左右的銦金屬液 來(lái)鑄造靶主體時(shí)，起因于在低溫下不銹鋼等不能固熔于銦，潤(rùn)濕性很差，而導(dǎo)致襯管或襯板 與靶主體以低粘接率接合。
[0009] 而且，濺射靶的這樣的低粘接率在進(jìn)行濺射時(shí)，例如會(huì)存在基于流向襯管或襯板 的內(nèi)部通道的液體的流通而引發(fā)靶主體的冷卻功能下降，由此導(dǎo)致濺射異常的發(fā)生的隱 患。
[0010] 這里，在專利文獻(xiàn)2中，為了提高襯管與靶主體之間的接合性，記載有使用"鎳基 的粘接劑層"的內(nèi)容。更詳細(xì)而言，記載了"使銦熔融，并在190°C下從坩堝澆鑄到環(huán)繞支承 管的已預(yù)加熱的鋼模具中，此時(shí)，鋼模具的腳部通過(guò)密封件與支承管連接?！?，為了改善 銦與支承管的結(jié)合，支承管預(yù)先具備銦焊料，并且具備鎳基的粘接劑層"。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)1 :日本特公昭63-44820號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2012-172265號(hào)公報(bào)
[0015] 然而，在靶主體形成之前，在襯管或襯板的表面，如專利文獻(xiàn)2所述的那樣，設(shè)置 了由鎳構(gòu)成的基礎(chǔ)層的情況下，固熔于銦中的鎳作為雜質(zhì)大量殘留在靶主體中，存在使太 陽(yáng)能電池性能惡化的擔(dān)憂。這樣，在襯管或襯板的表面設(shè)置了鎳基礎(chǔ)層的情況下，制造出的 濺射靶成為包括襯管或襯板、鎳基礎(chǔ)層、以及靶主體的三層以上的結(jié)構(gòu)。
[0016] 此外，在靶主體鑄造之前，僅僅在襯管等的表面，只形成作為如專利文獻(xiàn)1所述那 樣的銦薄膜的基礎(chǔ)層的情況下，由于在鑄造靶主體時(shí)，通過(guò)以將襯管加熱到銦熔點(diǎn)以上為 目的而進(jìn)行的預(yù)加熱，從而使設(shè)置有銦薄膜的襯管等的表面氧化，所以襯管等的對(duì)銦金屬 液的潤(rùn)濕性降低，其結(jié)果是，不能有效地提高襯管等與靶主體的粘接率。具體而言，預(yù)加熱 時(shí)的襯管的溫度為170~180°C。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)所具有的這種問(wèn)題為課題，其目的在于，提供一種濺射靶 及其制造方法，其中，濺射靶以不在銦制的靶主體中混雜大量雜質(zhì)的方式，通過(guò)使靶主體與 由不銹鋼或鈦、鋁構(gòu)成的襯管或襯板充分堅(jiān)固地接合，能防止進(jìn)行濺射時(shí)的異常的發(fā)生。
[0018] 本發(fā)明的濺射靶由不銹鋼、鈦或鋁中的任一種材質(zhì)構(gòu)成的襯管或襯板與銦構(gòu)成的 靶主體的雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，使通過(guò)超聲波探傷測(cè)定的所述襯管或襯板與靶主體間的粘接率為 95%以上。
[0019] 本發(fā)明的濺射靶的襯管或襯板與靶主體的接合表面的表面粗糙度，也就是JIS B0601所規(guī)定的算術(shù)平均粗糙度Ra優(yōu)選為4. 0 ym以上。
[0020] 此外，在這里，靶主體也可以還含有選自Ni、Fe、Cr、Ti、Al、Si的至少一種，且每 種含量均為lOwtppm以下，另外，也可以還含有選自Cu、Ga的至少一種，且每種含量均為 lOOOOwtppm 以下。
[0021] 另外，本發(fā)明的濺射靶的制造方法通過(guò)鑄造，將由銦構(gòu)成的靶主體，經(jīng)由銦基礎(chǔ) 層，接合到由不銹鋼、鈦或鋁中的任一種材質(zhì)構(gòu)成的襯管或襯板的表面上，來(lái)制造濺射靶， 此時(shí)，在襯管或襯板的表面形成銦基礎(chǔ)層，之后在進(jìn)行靶主體的鑄造前，在非氧化環(huán)境下對(duì) 附著有銦基礎(chǔ)層的襯管或襯板進(jìn)行預(yù)加熱。
[0022] 該制造方法優(yōu)選在靶主體的鑄造用鑄模內(nèi)配置有襯管或襯板的狀態(tài)下進(jìn)行所述 預(yù)加熱，并且不只是在預(yù)加熱期間，而且還在從該預(yù)加熱到靶主體的鑄造結(jié)束期間一直維 持非氧化環(huán)境。
[0023] 此外在該方法中，靶主體也可以還含有選自Ni、Fe、Cr、Ti、Al、Si中的至少一種， 且每種含量均為lOwtppm以下。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的濺射靶，由于通過(guò)使由不銹鋼、鈦或鋁的任一種材質(zhì)構(gòu)成的襯管或 襯板與銦制靶主體的粘接率為95%以上，從而在用其實(shí)施濺射時(shí)，通過(guò)與靶主體充分緊貼 的襯管或襯板，能有效地進(jìn)行靶主體的冷卻，因此能有助于實(shí)現(xiàn)不發(fā)生異常的良好的濺射。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的濺射靶的制造方法，由于在由不銹鋼、鈦或鋁的任一種材質(zhì)構(gòu)成的 襯管或襯板的表面形成銦基礎(chǔ)層，在靶主體的鑄造之前，通過(guò)在非氧化環(huán)境下進(jìn)行對(duì)這種 襯管或襯板的預(yù)加熱，從而抑制了襯管或襯板的銦基礎(chǔ)層的氧化，所以能大大地提高與之 后鑄造的銦制的靶主體之間的粘接率。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是表示圓筒型濺射靶的一個(gè)例子的概要立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的濺射靶具有：由不銹鋼、鈦或鋁的任一種材質(zhì)構(gòu) 成的、例如是圓筒狀的襯管或圓盤(pán)狀的襯板；以及接合到圓筒狀襯管的外圓周面或圓盤(pán)狀 襯板的表面上并以銦為主材料的靶主體。
[0029] 此外，在這里，在制成如圖1所例示的由均為圓筒狀的襯管101及靶主體102構(gòu)成 的圓筒型濺射靶103時(shí)，能提供作上述的旋轉(zhuǎn)型濺射靶，與平板型濺射靶相比能提高使用 效率。
[0030] 該濺射靶為襯管或襯板與靶主體的、主成分互不相同的雙層結(jié)構(gòu)，在這些襯管或 襯板與靶主體之間不存在由鎳等的其它材料構(gòu)成的層。
[0031] 這里，襯管或襯板，特別是構(gòu)成圓筒型濺射靶的襯管，如本實(shí)施方式的濺射靶那 樣，由不銹鋼、鈦或鋁構(gòu)成的情況很多，因此，利用難以固熔于形成靶主體的銦中的不銹鋼、 鈦或鋁的性質(zhì)，能減少靶主體中存在的雜質(zhì)。
[0032] 在這種情況下，在形成靶主體時(shí)，當(dāng)通過(guò)向配置有上述襯管或襯板的鑄模內(nèi)灌注 200°C左右的熔融銦并使之冷卻硬化而進(jìn)行鑄造時(shí)，就會(huì)如上述那樣，不銹鋼或鈦、鋁等金 屬材料在200°C左右的低溫下幾乎不與銦固熔，起因于該金屬材料與銦之間的潤(rùn)濕性缺乏， 銦與配置于鑄模內(nèi)的襯管或襯板不能充分堅(jiān)固地接合，襯管或襯板與靶主體之間的粘接率 變低。
[0033] 在將這樣的襯管或襯板與靶主體以低粘接率接合的濺射靶提供給用于向基板的 薄膜形成的濺射的情況下，即使為了冷卻靶主體，向設(shè)置于襯管或襯板的內(nèi)部的通道供應(yīng) 冷卻水，由于與靶主體的低粘接率的緣故，也不能有效地進(jìn)行靶主體的冷卻，以致發(fā)生濺射 的異常。
[0034] 為了應(yīng)對(duì)該問(wèn)題，在本發(fā)明中，將上述的襯管或襯板與靶主體間的粘接率設(shè)成通 過(guò)超聲波探傷而測(cè)定的值的95%以上。由此，在濺射時(shí)，由于襯管或襯板有效地冷卻與其充 分堅(jiān)固地粘接的靶主體，因此能防止起因于靶主體的冷卻不充分的異常的發(fā)生。
[0035] 這里，在測(cè)定襯管或襯板與靶主體之間的粘接率時(shí)，使用超聲波探傷機(jī)，在平面型 靶的情況下沿縱向和橫向，此外在圓筒型靶的情況下沿長(zhǎng)尺寸方向（軸方向）及圓周方向， 分別按照規(guī)定的間距對(duì)整個(gè)界面進(jìn)行掃描，并在求出作為未充分粘接的部分的缺陷部的面 積Ad后，根據(jù)該缺陷部的面積Ad和界面整體的面積At，能將由公式：Pa = 100X (At - Ad)/ At求得的值Pa (% )設(shè)為粘接率。
[0036] 另外，在這里，作為主要由銦構(gòu)成的靶主體的雜質(zhì)，能舉出Ni、Fe、Cr、Ti、Al、Si， 靶主體中只要這些元素的每一種其含量在lOwtppm以下就可以含有。由于在靶主體含有較 多上述雜質(zhì)的情況下，使用濺射靶制出的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率低下，因此優(yōu)選雜質(zhì)較少。因 此，革E1主體所含的雜質(zhì)更優(yōu)選合計(jì)為lOOwtppm以下，特別優(yōu)選80wtppm以下，進(jìn)一步，更優(yōu) 選50wtppm以下。然而，由于Cu、Ga為CIGS太陽(yáng)能電池的構(gòu)成要素，所以雖然作為雜質(zhì)被 除外