具有部分吸收层的双层层系统和制造该层的方法和溅射靶技术方案

已知的双层的层系统包括背向观察者的光学吸收的金属层和面向观察者的覆盖层。用作吸收剂层的覆盖层相对较厚并且表现出尽可能高的吸收系数。为了尽可能简单地设计该层系统的制造过程，并且给出在向溅射气氛中并未添加或很少添加反应气体的情况下进行的溅射沉积方法，本发明专利技术提出，该覆盖层成型为光学部分吸收层，该层在550nm的波长下具有小于0.7的吸收系数kappa和在30至55nm范围内的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有部分吸收层的双层层系统和制造该层的方法和溅射靶
本专利技术涉及一种双层的层系统，该层系统由背向观察者的光学吸收的金属层和面向观察者的覆盖层组成。另外，本专利技术涉及一种用于制造该层系统的吸收光的覆盖层的方法，其中通过DC或MF溅射在溅射气氛内沉积溅射靶，该溅射气氛包含稀有气体和处于氧气和/或氮气形式的反应气体，其中使用溅射靶，该溅射靶由具有第一贫氧度(GradanSauerstoffmangel)的、低于化学计量比的氧化物或低于化学计量比的氮氧化物的靶材料组成，并且该覆盖层由具有第二贫氧度的、低于化学计量比的氧化物或低于化学计量比的氮氧化物的层材料组成，该第二贫氧度与该第一贫氧度相差最大+/-25％。此外，本专利技术涉及一种在该方法中应用的溅射靶。
技术介绍
吸收光的层系统用于不同用途，例如像用于太阳热应用的太阳能吸收层或者与液晶显示器相关的所谓“黑矩阵”层。吸收光的层系统例如借助于阴极雾化(溅射)通过沉积彼此相继的层来生产。其中来自固体(溅射靶)的原子或化合物通过用高能离子(通常为稀有气体离子)射击而溶出并转移到气相中。处于气相中的原子或分子最后通过冷凝而沉积在该溅射靶附近的基底上并在那里形成层。在“直流溅射”或“DC溅射”(directcurrentsputtering)中，在作为阴极接通的靶与阳极(通常为设备外壳)之间施加直流电压。通过惰性气体原子的碰撞电离在抽真空的气体室内构成了低压电浆，其带正电的组成部分通过所施加的直流电压作为持续的微粒流在朝向该靶的方向上加速并且在撞击时微粒从该靶被打出，该微粒进而在朝向该基底方向上运动并且在那里作为层沉积。DC溅射要求导电的靶材料，因为否则该靶可能会由于持续电流而负载荷电的微粒并因此平衡该直流电压场。另一方面，这种溅射方法直接适合于以经济方式提供特别高质量的层，使得可以预期其用途。对于技术上使用的MF溅射也是如此，其中两个溅射靶以kHz节奏交替地作为阴极和阳极接通。由DE102012112742A1描述了一般的高吸收的层系统，以及用于其制造的方法。该层系统由至少两个层组成，其中一个是由介电材料组成的、面向观察者的抗反射层，还有至少一个另外的背向观察者的吸收剂层。对于该吸收剂层，在理论上建议尽可能高的吸收率，其特征在于至少0.7(在550nm的波长处)的吸收系数kappa(kappa)。没有提及对于kappa所限定的上限，仅仅提及在2.5以上的非常高的kappa值下，该吸收剂层的有效的抗镜面反射作用逐渐变得困难。该吸收剂层的厚度典型地处于140至250nm的范围内。为了制造该层系统，使用溅射靶，该溅射靶由具有贫氧性之氧化物材料组成，该材料单独地通过基于Nb2O5-x、TiO2-x、MoO3-x、WO3-x、V2O5-x(x>0)或其化合物的低于化学计量比的氧化物或氮氧化物的还原的氧化物相，或者通过还原的氧化物相与金属掺混物一起来设定。该吸收剂层由具有低于化学计量比的含氧量之氧化物或氮氧化物组成并且在使用这种溅射靶的情况下通过DC或MF溅射在溅射气氛中生产，该溅射气氛包含一种稀有气体和含量最大为10体积％的处于氧气和/或氮气形式之反应气体。在此，在溅射靶的材料中氧和氮的含量与在该吸收剂层的氧化物或氮氧化物中的氧和氮的含量相同或相差最大+/-20％。从EP2336811A1已知层顺序，该层顺序由铝基底、Al2O3中间层和吸收光的层系统制成。该层系统由下部层和上部层组成，该下部层由具有通式TiAlqOxNy)的Ti-Al混合氧化物或氮化物或氮氧化物(可以包含低于化学计量比的氧和氮含量)制成并且该上部层构成实际的吸收剂层，该上部层由化学计量比的或低于化学计量比的SiO2制成。在太阳能吸收层中，该层构造典型地包括胶结层和位于其下的金属的终结层(Abschlussschicht)，该终结层用作选择性反射物。在该胶结层中，在陶瓷基质中插入了金属的或其他的导电颗粒，该颗粒典型地具有在5至30nm范围内的直径。这种层堆栈具有在太阳光谱范围内(约350至1500nm)较高的吸收度，而其在红外光谱范围内的吸收度系很小的。为了这种层系统的工业化的制造，通常使用电镀涂层过程和PVD方法。例如对于此类的层堆栈为Ni/NiO+Al和TiNx/TiO2+Cu。“Kennedy,C.E.：-中温至高温太阳能选择性吸收剂材料综述(ReviewofMid-toHigh-TemperatureSolarSelectiveAbsorberMaterials)；NREL技术报导(NRELTechnicalReport)(2002年7月)”给出了最新的综述。从EP2116631A1已知用于制造ZnO:Me2层或TiO:Me2层之溅射靶。为了使该溅射过程加速并稳定化，使用了溅射靶，该溅射靶包括低于化学计量比的锌氧化物或钛氧化物之基质，其中插入了额外的第二金属Me2，其中Me2代表Al或铌。US2007/0071985A1描述了多种材料组合物，尤其用于溅射靶。该组合物除其他之外包含基于ZnO(还带有氧化铟、氧化锡、氧化铝和氧化镓)和钼(IV)氧化物(MoO2)的混合氧化物。给出MoO2的含量在0.1与60摩尔％之间。靶材料的密度在理论密度的约77％与95％之间浮动。呈MoO2形式的氧化钼是钼的化学计量比氧化物，即便不是具有最高可能的氧含量之氧化物MoO3。为了改进导电性对该基础氧化物进行掺混，然而该导电性事实上(如在ZnO:MoO2混合氧化物系统中)仅对于约5-10摩尔％MoO2的较小比例实现了良好的数值。该靶的制造通过在真空下在石墨模具中热压或通过在空气中烧结来进行。使用该靶的层沉积，在该沉积气体中添加少量氧气的情况下进行。氧气压力不依赖于靶材料的MoO2含量设定在10mTorr(约1.7Pa)并且足以平衡在层沉积时通常观察到的氧气损失。由该靶产生的层是导电的并且显示出至少80％的透射率。这个层形成了对其他常见的透明且导电的层(例如ITO层)的替代方案。在CN101158028A中描述了种用于制造层的溅射方法，该层被称为“ZMO透明导电薄膜”。靶材料由锌组成，其中插入了Mo金属块(锌-钼金属镶嵌靶)。给出的钼含量为相对于锌质量0.5％至12.5％。这种靶也用于制造透明且导电的膜。该膜通过反应性DC磁控管溅射在包含氩气和氧气的溅射气氛中生产。氧气含量在4％至10％的范围内。在制造该层系统时以及在其以复杂的层构造实现时要求干蚀刻过程或湿蚀刻过程。在涂层工业中可得的蚀刻溶剂，基于HCl、HNO3、H3PO4、H2SO4、CH3COOH、H2O2、K2SO3、K2SO4、K2S2O5、K2HSO5、KHSO4和在适当时还有含氯或含氟的盐或化合物(例如像FeCl2、NH4F、H5F2N、NaHF2、KHF2)，是例如由US6,881,679B2、US7,850,886B2和US7,521,366B2已知的。然而胶结剂-层系统一般难以蚀刻，因为金属相的区域需要与氧化物基质不同的蚀刻剂。电浆蚀刻也被证明是困难的。于是，例如在氧化物和贵金属的组合中，主要蚀刻的是氧化物，使得金属颗粒残留下来并且可能污染溅射设备和后续的基底。为了湿化学蚀刻氧化物的组成部分，通常需要氢氟酸，氢氟酸是对健康有害的并且需要较高耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层的层系统，所述层系统由背向观察者的金属层和面向观察者的覆盖层制成，其特征在于，所述覆盖层成型为光学的部分吸收层，所述覆盖层具有30至55nm范围内的厚度以及在550nm的波长下小于0.7的吸收系数kappa。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.20 DE 102014111935.51.一种双层的层系统，所述层系统由背向观察者的金属层和面向观察者的覆盖层制成，其特征在于，所述覆盖层成型为光学的部分吸收层，所述覆盖层具有30至55nm范围内的厚度以及在550nm的波长下小于0.7的吸收系数kappa。2.根据权利要求1所述的层系统，其特征在于，所述吸收系数kappa在0.4与0.69之间的范围内。3.根据权利要求1项所述的层系统，其特征在于，所述部分吸收层具有在2.6至2.95的范围内的折射率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的层系统，其特征在于，所述部分吸收层与透明的基底相接触，所述基底的折射率n在1.4至2.0的范围内，并且对于查看所述透明基底的观察者而言，有效的视觉反射率Rv,eff小于5％、优选小于2％。5.根据权利要求1至3中任一项所述的层系统，其特征在于，所述部分吸收层与透明的介质相接触，所述介质的折射率n在0.7至1.4的范围内，并且对于穿过所述介质查看所述部分吸收层的观察者而言，有效的视觉反射率Rv,eff小于7％、优选小于4％。6.根据前述权利要求中任一项所述的层系统，其特征在于，反射的光的颜色在CIEL*a*b*色彩空间中根据ENISO11664-4测定为在-2<a*<6和-9<b*<5的范围内。7.根据前述权利要求中任一项所述的层系统，其特征在于，所述部分吸收层由具有低于化学计量比的氧含量的氧化物的或氮氧化物的层材料和可选的金属部分组成，该金属部分包含第一金属Me1和第二金属Me2，其中所述第一金属Me1具有比所述第二金属Me2更高的氧亲和性。8.根据权利要求6项所述的层系统，其特征在于，所述层材料包含作为低于化学计量比的氧化物和/或作为低于化学计量比的氮氧化物的在金属相中的第二金属Me2，并且所述第二金属Me2选自由Mo、W和这些物质的混合物组成的组2。9.根据权利要求7项所述的层系统，其特征在于，当低于化学计量比存在的氧总体上在计算上计入完全氧化物的相时，在金属相中的所述第二金属Me2具有在所述层材料中10至20体积％范围的比例。10.根据权利要求6至8中任一项所述的层系统，其特征在于，所述层材料包含在氧化物或氮氧化物的相中的第一金属Me1，并且所述第一金属Me1选自由锌、锡、铟和这些物质的混合物组成的组1。11.根据权利要求6至9中任一项所述的层系统，其特征在于，所述层材料包含第三金属Me3，所述第三金属作为氧化物、低于化学计量比的氧化物或者低于化学计量比的氮氧化物存在，选自由铌、铪、钛、钽、钒、钇、锆、铝的氧化物或氮氧化物和这些物质的混合物组成的组3。12.根据权利要求10所述的层系统，其特征在于，所述金属的比例处于0至50体积％的范围内、优选在2至45体积％的范围内并且特别优选在5至40体积％的范围内。13.根据前述权利要求中任一项所述的层系统，其特征在于，所述金属层由选自下面的组的金属制成：Al、Ag、Cu、Mo、Ni、Ti或基于这些金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·施洛特，阿尔伯特·卡斯特纳，马库斯·舒尔特海斯，詹斯·瓦格纳，
申请(专利权)人：贺利氏德国有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE