(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯をストリップキャスト法により凝固させてＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を粉砕してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末とＳｅ粉末とを混合してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を焼成する
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末の製造方法。
【請求項２】
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯をストリップキャスト法により凝固させてＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を粉砕してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末とＳｅ粉末とを混合してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を焼成してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を焼結する
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法であって、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を焼結して作製された前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体をターゲット形状に加工する工程をさらに有する
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法。
【請求項４】
Ｉｎを主成分とする第１の領域と、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とし前記第１の領域中に分散した粒径１μｍ以下の粒状である第２の領域とを有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末と、前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末と混合されたＳｅ粉末とが焼成されて形成された
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末。
【請求項５】
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を凝固させて、Ｉｎを主成分とする第１の領域とＣｕ−Ｇａ合金を主成分とし前記第１の領域中に分散した粒径１μｍ以下の粒状である第２の領域とを有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を粉砕してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末とＳｅ粉末とを混合してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を作製し、
前記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を焼成する
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングターゲットとして用いることが可能なＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法に関し、さらにＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の原料であるＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末及びＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末並びにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金（以下、ＣＩＧＳ）からなるＣＩＧＳ層を吸収層とするＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２系太陽電池は、薄膜太陽電池の中では最も変換効率が高く長期信頼性も実証されているため、次世代太陽電池として有力視されている。このＣＩＧＳ層の形成方法は、Ｃｕ−Ｇａ膜及びＩｎ膜を積層で成膜し、Ｓｅ雰囲気中で熱処理する方法が広く知られている。【０００３】
例えば、特許文献１には、この方法によるＣＩＧＳ層の形成方法が開示されている。Ｃｕ−Ｇａ膜及びＩｎ膜の形成には、Ｃｕ−Ｇａ合金ターゲット及びＩｎターゲットを用いたスパッタリング法が用いられている。ＳｅをＳｅターゲットを用いたスパッタリング法により供給すると、Ｓｅイオンによるダメージにより形成されたＣＩＧＳ層の変換効率が小さくなるため、Ｓｅは熱処理により供給するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８２９０８号公報（段落[００２５]、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、多層膜の積層やＳｅ雰囲気処理を行うためにＣＩＧＳ層の製造コストを削減することは困難である。ここで、ＣＩＧＳからなるスパッタリングターゲットであるＣＩＧＳターゲットを用いてスパッタリング法によりＣＩＧＳ層を形成することができれば、多層膜の積層やＳｅ雰囲気処理の必要はなく、製造コストを低減させることが可能である。【０００６】
ところがＣＩＧＳターゲットの作製は困難であるとされてきた。その理由は、各元素の単金属を溶解、混合してＣＩＧＳを作製する際にＩｎとＳｅが爆発的な発熱反応を示すためである。そこで本発明者らは、この点を考慮してＣＩＧＳターゲットとして用いることが可能な、ＣＩＧＳ焼結体を安全に製造する方法を検討した。【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、安全に製造することが可能なＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体、その材料及びそれらの製造方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金ターゲットの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態において説明するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金インゴットの写真である。
【図３】本発明の実施形態に係るストリップキャスト法の態様を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯の写真である。
【図５】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯の破断面のＳＥＭ像である。
【図６】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯のＥＤＸの結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金のＸＲＤの結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末の写真である。
【図９】本発明の実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末のＴＧ／ＤＴＡの結果を示すグラフである。
【図１０】比較例に係るＩｎ及びＳｅ混合粉末のＴＧ／ＤＴＡの結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態に係る焼成前のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末と焼成後のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末のＸＲＤの結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態に係る５００℃で焼成したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末及び６２０℃で焼成したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末のＸＲＤの結果である
【図１３】本発明の実施形態に係る焼成前のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末、５００℃で焼成したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末及び６２０℃で焼成したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金を作製するためのＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末の製造方法は、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を作製する。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯をストリップキャスト法により凝固させて作製される。上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯は粉砕される。
【００１０】
この製造方法によれば、Ｉｎを主成分とする第１の領域と、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とし上記第１の領域中に分散した粒径１μｍ以下の粒状である第２の領域とを有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末を製造することが可能である。このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末をＳｅ粉末と混合して溶融させると、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各元素が合金化する。ここで、このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末は、第１の領域と第２の領域とを有しているため、合金化の際に第１の領域で発生するＳｅとＩｎの発熱反応が、第２の領域で発生するＳｅとＣｕの吸熱反応により減殺され、系全体の発熱が抑制される。これにより、爆発的反応による溶湯の飛散が防止され、安全にＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ合金粉末を作製することが可能となる。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末の製造方法は、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を作製する。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯をストリップキャスト法により凝固させて作製される。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を粉砕して作製される。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末とＳｅ粉末とが混合されて作製される。上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末は焼成される。
【００１２】
この製造方法によれば、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末の焼成の際に、溶融したＳｅとＩｎの発熱反応に起因する爆発的反応による溶湯の飛散が防止され、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を製造することが可能である。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法は、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を作製する。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯をストリップキャスト法により凝固させて作製される。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を粉砕して作製される。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末とＳｅ粉末とが混合されて作製される。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末が焼成されて作製される。上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末は、焼結される。
【００１４】
この製造方法によれば、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末の焼成の際に、溶融したＳｅとＩｎの発熱反応に起因する爆発的反応による溶湯の飛散が防止され、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末が作製される。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を焼結する際には、既にＳｅとＩｎの合金化は完了、もしくはほぼ完了しているため、ＳｅとＩｎの発熱反応に起因する爆発的反応は発生せず、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体を製造することが可能である。
【００１５】
上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法は、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を焼結して作製された上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体をターゲット形状に加工する工程をさらに有してもよい。
【００１６】
この製造方法によれば、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体をＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金からなるスパッタリングターゲットとすることが可能である。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金を作製するためのＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末は、第１の領域と、第２の領域とを具備する。
上記第１の領域は、Ｉｎを主成分とする。
上記第２の領域は、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とし、上記第１の領域中に分散した粒径１μｍ以下の粒状である。
【００１８】
このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末をＳｅ粉末と混合して溶融させると、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各元素が合金化する。ここで、このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末は、Ｉｎを主成分とする第１の領域と、第１の領域中に分散したＣｕ−Ｇａ合金を主成分とする第２の領域を有している。このため、合金化の際に第１の領域で発生するＳｅとＩｎの発熱反応が、第２の領域で発生するＳｅとＣｕの吸熱反応により減殺され、系全体の発熱が抑制される。これにより、爆発的反応による溶湯の飛散が防止され、安全にＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ合金を作製することが可能となる。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末は、Ｉｎを主成分とする第１の領域と、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とし上記第１の領域中に分散した粒径１μｍ以下の粒状である第２の領域とを有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末と、上記Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末と混合されたＳｅ粉末とが焼成されて形成される。
【００２０】
このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末は含有するＳｅとＩｎの合金化が完了、もしくはほぼ完了しているため、焼結されることによりＳｅとＩｎの発熱反応に起因する爆発的反応を発生することなくＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体となることが可能である。
【００２１】
本発明の実施形態に係る、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金ターゲットの製造方法について説明する。
図１は、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金ターゲットの製造方法を示すフローチャートである。同図に示す各ステップについて、順に説明する。
【００２２】
[Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ混合粉末の製造方法]
Ｃｕ（銅）インゴット、Ｉｎ（インジウム）インゴット及びＧａ（ガリウム）インゴットを準備する。各インゴットは、後述するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金の物質量比となる量とする。例えば（Ｃｕ：Ｉｎ：Ｇａ＝１：０．８：０．２）とすることができる。
【００２３】
上記各インゴットを溶解させ、混合する（Ｓｔ１０１）。インゴットの溶解はトリアーク炉によってすることができる。また、各インゴットを溶解させることが可能な他の加熱手段を用いてもよい。溶解した各インゴットの混合は、Ｃｕ、Ｉｎ及びＧａの混合による発熱反応は問題にならないため、通常の混合手段によってすることができる。これにより、「Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯」が形成される。
【００２４】
図２（ａ）は、上記各インゴットの溶解及び混合によって形成されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金インゴットの写真である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金インゴットの切断面の写真である。なお、これらの図に示すＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金インゴットは説明のためであり、本実施形態ではＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯の状態で、次のＳｔ１０２に進む。
【００２５】
次に、Ｓｔ１０１において形成されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を「ストリップキャスト（Strip Cast）法」によって凝固させる（Ｓｔ１０２）。ストリップキャスト法とは金属溶湯の急冷鋳造法のひとつであり、以下で概要を説明する。
【００２６】
図３は、ストリップキャスト法の態様を示す模式図である。図３に示すように、坩堝１から金属溶湯Ｙをロール２に近接するタンディッシュ３へ供給する。タンディッシュ３の底部にはスリット状のノズルが形成されており、このノズルから溶湯Ｙがロール２の周面へ供給される。ロール２は所定の速度で回転しており、供給された金属溶湯Ｙはロール２の表面で冷却されて凝固し、金属薄帯Ｈが形成される。なお、ロール２は、銅等の熱伝導性の高い金属材料で形成され、内部が冷却水等によって冷却されてもよい。ストリップキャスト法では、ロール２の回転速度、タンディッシュ３とロール２との間隔、タンディッシュ３のノズルの大きさ等によって金属薄帯Ｈの厚さを制御することができる。
【００２７】
本実施形態では、このストリップキャスト法を用いて、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金溶湯を凝固させ、「Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯」を作製する。ロールの回転速度は１ｍ／ｓｅｃとすることができる。なお、ロールの回転速度を０．５ｍ／ｓｅｃとすると形成されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯の厚さが厚く、手で割れない程度の強度となるため、１ｍ／ｓｅｃ程度の回転速度が好適である。図４に、ロールの回転速度を１ｍ／ｓｅｃとして形成されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯の写真を示す。ストリップキャスト法を用いることにより、後述する、Ｉｎ中に粒状のＣｕ−Ｇａ合金が分散した構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金を作製することが可能となる。
【００２８】
このようにして、Ｃｕ、Ｉｎ及びＧａの各インゴットから、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金が形成される。このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金の構造について説明する。図５は、図４に示したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯の破断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）より撮像したＳＥＭ像である。図５（ａ）の拡大倍率は５０００倍であり、図５（ｂ）の拡大倍率は２００００倍である。なお、図５において網状に表れた模様は、サンプルの切断面に生じた母相（Ｉｎ）の脆性破断線である。
【００２９】
これらの図に示すように、本実施形態の方法により形成されるＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金は領域Ｒ１及びＲ２として示す２つの領域を含み、塊状の領域Ｒ１に、粒状の領域Ｒ２が分散している。塊状の領域を第１の領域Ｒ１とし、粒状の領域を第２の領域Ｒ２とする。第１の領域Ｒ１の主成分はＩｎであり、第２の領域Ｒ２の主成分はＣｕ−Ｇａ合金である。
【００３０】
図６は第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２のＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectroscopy：エネルギー分散型Ｘ線分）定性分析の結果を示すグラフである。グラフの横軸は入射電子線の照射エネルギー（ｋｅＶ）であり、縦軸はＸ線のカウント数（ｃｐｓ：count per second)である。また、グラフに各元素の特性Ｘ線の文献値を示す。同図に示すように、第１の領域Ｒ１はＩｎが主成分であり、第２の領域Ｒ２はＣｕ−Ｇａ合金が主成分であるといえる。即ち、このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金は、Ｉｎを主成分とする第１の領域Ｒ１中に、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とする粒状の第２の領域Ｒ２が分散している構造となっている。
【００３１】
図７は、本実施形態の方法により形成されるＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金のＸＲＤ（X-Ray Diffractometer：Ｘ線回折法）の結果を示すグラフである。グラフの横軸はＸ線の入射角度（°）、縦軸は回折強度である。また、グラフに純Ｃｕ及び純Ｉｎの文献値を示す。同図に示すように、このグラフから純Ｉｎに同定されるピークが確認され、純Ｃｕに同定されるピークが確認されない。したがって、このＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金は純Ｉｎと、合金化したＣｕを含むものといえ、上記ＥＤＸ分析の結果と一致する。
【００３２】
図１に戻り、以上のような構造を有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯を粉砕する（Ｓｔ１０３）。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金薄帯は、上記ストリップキャスト法により手で割ることが可能な程度の強度に形成されているため、任意の手段により粉砕することが可能である。粉砕後、粉粒の粒径が１４０μｍ以下となるように分級する。これにより、「Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末」が作製される。
【００３３】
[Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末の製造方法]
次に、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末をＳｅ（セレン）粉末と混合する（Ｓｔ１０４）。Ｓｅ粉末は、後述するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金の物質量比となる量とする。例えば、（Ｃｕ：Ｉｎ：Ｇａ：Ｓｅ＝１：０．８：０．２：２）となる量とすることができる。この混合により、「Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末」が作製される。
【００３４】
続いて、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を焼成する（Ｓｔ１０５）。焼成は各元素が空気中の酸素と反応しないように、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で行う。後述するが、焼成温度は５００℃以上、特に６２０℃が好適である。焼成時間は焼成が十分に進行する時間、例えば１２時間とすることができる。焼成によって、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末が合金化され、「Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末」が形成される。
【００３５】
合金化の過程において、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末中のＩｎ及びＳｅが融点（Ｉｎ：１５６℃、Ｓｅ：２１７℃）を越えるが、ＩｎとＳｅの爆発的反応は発生しない。図８は、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末を５００℃で１２時間焼成して形成したＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末の写真である。同図に示すように、焼成中にＳｅが発熱反応により飛散した形跡はみられない。
【００３６】
これは、図５に示したように、Ｉｎを主成分とする第１の領域Ｒ１中に、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とする粒状の第２の領域Ｒ２が分散しているためである。すなわち、第２の領域Ｒ２に含まれるＣｕとＳｅの合金化反応は吸熱反応を呈し、当該反応がＩｎとＳｅの発熱反応で生じる熱が減殺されるためであると考えられる。本実施形態によって作製されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金は第２の領域Ｒ２が第１の領域Ｒ１中に分散しているために特にこの熱の減殺が促進され、系全体の発熱が抑制される。
【００３７】
図９は、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末のＴＧ（Thermogravimetric）／ＤＴＡ（Differential Thermal Analysis)（熱重量示差熱分析）の結果を示すグラフである。また、図１０は、比較として示すＩｎ及びＳｅ混合粉末のＴＧ／ＤＴＡの結果を示すグラフである。両図においてグラフの横軸はサンプル温度（℃）であり、縦軸はＴＧについてサンプルの重量変化（％）（右目盛り）、ＤＴＡについてリファレンスとサンプルの温度差（熱電対の起電力（μＶ））（左目盛り）である。
【００３８】
図１０に示すＩｎ及びＳｅ混合粉末のＤＴＡの結果では、２２０℃付近でＩｎとＳｅの合金化に伴なう発熱反応が発生していることがわかる。これに対し、図９に示す本実施形態に係るＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末のＤＴＡの結果では、明確な発熱は確認されない。即ち、ＩｎとＳｅの合金化に伴なう発熱が減殺されていることがわかる。また、図１０に示すＴＧの結果から、４００℃付近で重量変化が生じており、この温度付近でＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金（ＣＩＧＳ）相が生成されているとみられる。
【００３９】
作製されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金が実際に合金化されているかをＸＲＤを用いて確認した。図１１は、焼成前のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金及びＳｅ混合粉末（以下、焼成前サンプル）と焼成後のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末（以下、焼成後サンプル）のＸＲＤの結果を示すグラフである。グラフには、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金（ＣｕＩｎ０．８Ｇａ０．２Ｓｅ２）、Ｓｅ及びＩｎの文献値を示す。なお、焼成条件は温度６２０℃、１２時間である。
【００４０】
同図に示すように、焼成前サンプルでは、Ｓｅ及びＩｎに同定されるピークがみられる一方、当然にＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金に同定されるピークはみられない。これに対し焼成後のサンプルでは、Ｓｅ及びＩｎに同定されるピークが消失し、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金に同定されるピークが出現している。即ち、焼成によりＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金（ＣＩＧＳ）相が生成していることが確認された。
【００４１】
次に、焼成温度について検討する。図１２は、それぞれ焼成温度５００℃と６２０℃で１２時間焼成した焼成後サンプルのＸＲＤの結果である。グラフには、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金（ＣｕＩｎ０．８Ｇａ０．２Ｓｅ２）の文献値を示す。同図に示すように、焼成温度を５００℃とした焼成後サンプルに比べ、６２０℃とした焼成後サンプルの方が先鋭なピークである。即ち、焼成温度を６２０℃とした方がＣＩＧＳ相がより単相化していることがわかる。
【００４２】
図１３（ａ）は焼成前サンプル、図１３（ｂ）は５００℃で１２時間焼成した焼成後サンプル、図１３（ｃ）は６２０℃で１２時間焼成した焼成後サンプルのＳＥＭ像（拡大倍率３０００倍）である。図１３（ａ）に示すＳＥＭ像は、粒径１００μｍ程度のＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金の粉粒に、より微細な粒径１μｍ程度のＳｅの粉粒が付着している状態である。図１３（ｂ）に示す５００℃で焼成した焼成後サンプルのＳＥＭ像では、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金が多少溶融し、Ｓｅの粉粒がＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金の内部に取り込まれている状態である。図１３（ｃ）に示す６２０℃で焼成した焼成後サンプルのＳＥＭ像では、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金がより溶融し、Ｓｅの粉粒がＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金のさらに内部に取り込まれている状態である。以上のように、焼成温度を６２０℃とすることによりＣＩＧＳ相が十分に単層化させることが可能である。
【００４３】
[Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体の製造方法]
図１に戻り、焼成により作製されたＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末を焼結してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体を作製する（Ｓｔ１０６）。焼結は、放電プラズマ焼結法(ＳＰＳ：Spark Plasma Sintering）やホットプレス法（ＨＰ：Hot press)等の方法によって行うことができる。焼結の際には、既にＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金粉末に含まれていたＳｅとＩｎの合金化は完了、もしくはほぼ完了しているため、ＳｅとＩｎの発熱反応に起因する爆発的反応は発生せず、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体を製造することが可能である。
【００４４】
次に、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金焼結体を加工して、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金ターゲットを作製する（Ｓｔ１０７）。この加工は、切削、研削等の任意の手法によって行うことができる。以上のようにして、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの単金属を原料として、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ合金ターゲットを作製することが可能である。
【００４５】
以上のように本実施形態の製造方法では、Ｉｎを主成分とする第１の領域Ｒ１と、Ｃｕ−Ｇａ合金を主成分とし第１の領域中Ｒ１に分散した粒径１μｍ以下の粒状である第２の領域Ｒ２とを有するＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末を製造する。Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ合金粉末をＳｅ粉末と混合して合金化する際に、第１の領域Ｒ１で発生するＳｅとＩｎの発熱反応が、第２の領域Ｒ２で発生するＳｅとＣｕの吸熱反応により減殺され、系全体の発熱が抑制される。これにより、爆発的反応による溶湯の飛散が防止され、安全にＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ合金焼結体を作製することが可能となる。
【００４６】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【００４７】
上記実施形態では、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅを合金化するものとしたが、他の元素をさらに追加してもよい。この場合であっても、ＳｅとＩｎの発熱反応がＣｕとＩｎの吸熱反応によって減殺され、爆発的反応を抑制することが可能である。
【００４８】
上記実施形態では、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ合金焼結体の例として、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ合金ターゲットを示した。しかし、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ合金焼結体はスパッタリングターゲットには限られず、他の用途に用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｒ１…第１の領域
Ｒ２…第２の領域
【図１】
0005521036.tif 000002
【図３】
0005521036.tif 000003
【図６】
0005521036.tif 000004
【図７】
0005521036.tif 000005
【図９】
0005521036.tif 000006
【図１０】
0005521036.tif 000007
【図１１】
0005521036.tif 000008
【図１２】
0005521036.tif 000009
【図２】
0005521036.tif 000010
【図４】
0005521036.tif 000011
【図５】
0005521036.tif 000012
【図８】
0005521036.tif 000013
【図１３】
0005521036.tif 000014