JP3301755B2 - スパッタリングターゲット及びその製法 - Google Patents
スパッタリングターゲット及びその製法Info
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Description
【0001】
本発明は、スパッタリング法によって透明導電性薄膜
を形成するための導電性酸化亜鉛焼結体からなるスパッ
タリングターゲット及びその製法に関する。
を形成するための導電性酸化亜鉛焼結体からなるスパッ
タリングターゲット及びその製法に関する。
【0002】
太陽電池やディスプレー機器の透明電極や、帯電防止
用の導電性コーティングとして透明導電性薄膜の需要が
高まっている。このような透明導電性薄膜は主に金属酸
化物のスパッタリングにより形成されており、例えば、
スズをドープしたインジウム酸化物(ITO)、アンチモ
ンをドープした酸化スズ(TAO)などの焼結体をスパッ
タリングすることにより形成されたものが知られてい
る。
用の導電性コーティングとして透明導電性薄膜の需要が
高まっている。このような透明導電性薄膜は主に金属酸
化物のスパッタリングにより形成されており、例えば、
スズをドープしたインジウム酸化物(ITO)、アンチモ
ンをドープした酸化スズ(TAO)などの焼結体をスパッ
タリングすることにより形成されたものが知られてい
る。
【0003】 ところで、従来の透明導電性薄膜は300℃程度に加熱
した高温基板上に結晶化膜として形成されていたが、近
年になって室温から150℃程度の低温基板上に形成する
ことが要求され始めている。すなわち、液晶ディスプレ
ー用の透明導電性薄膜などは、耐熱性の低い有機物(カ
ラーフィルター)やアモルファスシリコンの上に成膜す
ることが必要であり、低温基板上に透明導電性薄膜を形
成することは極めて重要になってきている。しかしなが
ら、前記のITOやTAOでは低温基板上に低抵抗な透明導電
性薄膜を形成することは極めて困難であった。
した高温基板上に結晶化膜として形成されていたが、近
年になって室温から150℃程度の低温基板上に形成する
ことが要求され始めている。すなわち、液晶ディスプレ
ー用の透明導電性薄膜などは、耐熱性の低い有機物(カ
ラーフィルター)やアモルファスシリコンの上に成膜す
ることが必要であり、低温基板上に透明導電性薄膜を形
成することは極めて重要になってきている。しかしなが
ら、前記のITOやTAOでは低温基板上に低抵抗な透明導電
性薄膜を形成することは極めて困難であった。
【0004】 一方、アルミニウムをドープした酸化亜鉛焼結体をス
パッタリングすることによりITO並に低抵抗で透明性に
優れた透明導電性薄膜が得られることが報告されている
(J.Appl.Phys.55(4),15 February 1988 p102
9)。酸化亜鉛は安価な上に化学的にも安定で、透明
性、導電性にも優れていることから優れた透明導電性薄
膜を形成するための材料として注目されている。しかし
ながら酸化亜鉛焼結体においても、加熱した高温基板上
に透明導電性薄膜を形成するには極めて優れた性能を示
すが、低温基板への成膜においては幾つかの改善が必要
であった。例えば従来の酸化亜鉛焼結体を用いて低温基
板上に透明導電性薄膜を形成した場合、該薄膜は着色
し、抵抗が上昇するという問題があった。
パッタリングすることによりITO並に低抵抗で透明性に
優れた透明導電性薄膜が得られることが報告されている
(J.Appl.Phys.55(4),15 February 1988 p102
9)。酸化亜鉛は安価な上に化学的にも安定で、透明
性、導電性にも優れていることから優れた透明導電性薄
膜を形成するための材料として注目されている。しかし
ながら酸化亜鉛焼結体においても、加熱した高温基板上
に透明導電性薄膜を形成するには極めて優れた性能を示
すが、低温基板への成膜においては幾つかの改善が必要
であった。例えば従来の酸化亜鉛焼結体を用いて低温基
板上に透明導電性薄膜を形成した場合、該薄膜は着色
し、抵抗が上昇するという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、スパッタリング法によって、70℃程
度の低温基板上にも均一でかつ低抵抗な透明導電性薄膜
を形成することのできる酸化亜鉛焼結体からなるスパッ
タリングターゲット及びその製法を提供することにあ
る。
度の低温基板上にも均一でかつ低抵抗な透明導電性薄膜
を形成することのできる酸化亜鉛焼結体からなるスパッ
タリングターゲット及びその製法を提供することにあ
る。
【0006】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行
なった結果、特有の焼結粒子平均粒径及び体積固有抵抗
を有する酸化亜鉛焼結体をスパッタリングターゲットと
して用いてスパッタリングを行なうことにより、低温基
板上に均一でかつ低抵抗な透明導電性薄膜を形成するこ
とができることを見出だし本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は焼結粒子平均粒径が1μm以上10μm
以下、体積固有抵抗が10Ω・cm未満、密度が4.0g/cm3以
上5.0g/cm3未満である導電性酸化亜鉛焼結体からなるス
パッタリングターゲットである。以下、本発明を詳細に
説明する。
なった結果、特有の焼結粒子平均粒径及び体積固有抵抗
を有する酸化亜鉛焼結体をスパッタリングターゲットと
して用いてスパッタリングを行なうことにより、低温基
板上に均一でかつ低抵抗な透明導電性薄膜を形成するこ
とができることを見出だし本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は焼結粒子平均粒径が1μm以上10μm
以下、体積固有抵抗が10Ω・cm未満、密度が4.0g/cm3以
上5.0g/cm3未満である導電性酸化亜鉛焼結体からなるス
パッタリングターゲットである。以下、本発明を詳細に
説明する。
【0007】 本発明の焼結体は、焼結粒子平均粒径が1μm以上10
μm以下、密度が4.0g/cm3以上5.0g/cm3未満であること
を必須とし、この焼結粒子平均粒径を満たす焼結体を用
いることにより、均一でかつ低抵抗の透明導電性薄膜を
低温基板上に形成することができる。しかしながら、焼
結粒子平均粒径が10μmを越える焼結体を用いて低温基
板上に透明導電性薄膜を形成した場合、この薄膜は着色
し、導電性が低下してしまう。一方焼結粒子平均粒径が
1μm未満の焼結体はその機械的強度が弱くなるため、
透明導電性薄膜を形成するためのスパッタリングターゲ
ットとしての適用が困難となる。本発明の焼結体の焼結
粒子平均粒径の更に好ましい範囲は2μm以上5μm以
下である。また、本発明の焼結体は、その体積固有抵抗
が10Ω・cm以下であることを必須とし、特に3Ω・cm以
下であることが好ましい。このことにより、この焼結体
を直流スパッタリング法のターゲットとして使用するこ
とができる。
μm以下、密度が4.0g/cm3以上5.0g/cm3未満であること
を必須とし、この焼結粒子平均粒径を満たす焼結体を用
いることにより、均一でかつ低抵抗の透明導電性薄膜を
低温基板上に形成することができる。しかしながら、焼
結粒子平均粒径が10μmを越える焼結体を用いて低温基
板上に透明導電性薄膜を形成した場合、この薄膜は着色
し、導電性が低下してしまう。一方焼結粒子平均粒径が
1μm未満の焼結体はその機械的強度が弱くなるため、
透明導電性薄膜を形成するためのスパッタリングターゲ
ットとしての適用が困難となる。本発明の焼結体の焼結
粒子平均粒径の更に好ましい範囲は2μm以上5μm以
下である。また、本発明の焼結体は、その体積固有抵抗
が10Ω・cm以下であることを必須とし、特に3Ω・cm以
下であることが好ましい。このことにより、この焼結体
を直流スパッタリング法のターゲットとして使用するこ
とができる。
【0008】 本発明の焼結体は上述の条件を満たすものであるが、
特に亜鉛と異種元素の共沈酸化物から構成した焼結体
は、異種元素が焼結体中で均一に分散し、これが導電性
ドーパントとして作用するため、焼結体の導電性が高く
かつ均一となり、これを透明導電性薄膜を形成するため
のスパッタリングターゲットとして用いた場合、得られ
る透明導電膜の均一性も向上する。なお、この異種元素
とは原子価状態として三価以上の状態が存在するもので
あればいかなるものも適用可能であり、例えばIII A族
のSc,Y,III B族のB,Al,Ga,In,Tl,IV A族のTi,Zr,Hf,Th,
IV B族のC,Si,Ge,Sn,Pb,V A族のV,Nb,Ta,Pa,V B族のAs,
Sb,Bi,VI A族のCr,Mo,W,U,VI B族のSe,Te,Po,VII A族の
Mn,Tc,Re,VIIIのFe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt、及びラ
ンタノイド、アクチノイド系列の元素などが適用可能で
あるが、この中でも特にAl,In,Ti,Si,Ge,Snが取扱い易
さの点などから好ましく用いられる。この異種元素を焼
結体に混合する場合、異種元素の焼結体中の含有量は亜
鉛に対し0.1atm%から20.0atm%、特に0.5atm%から5.0
atm%であることが好ましい。この含有量が0.1atm%未
満の場合、異種元素の導電性ドーパントとしての効果が
得られず、一方20.0atm%を越える場合、焼結体や得ら
れる透明導電性薄膜の導電率が低下するおそれがある。
特に亜鉛と異種元素の共沈酸化物から構成した焼結体
は、異種元素が焼結体中で均一に分散し、これが導電性
ドーパントとして作用するため、焼結体の導電性が高く
かつ均一となり、これを透明導電性薄膜を形成するため
のスパッタリングターゲットとして用いた場合、得られ
る透明導電膜の均一性も向上する。なお、この異種元素
とは原子価状態として三価以上の状態が存在するもので
あればいかなるものも適用可能であり、例えばIII A族
のSc,Y,III B族のB,Al,Ga,In,Tl,IV A族のTi,Zr,Hf,Th,
IV B族のC,Si,Ge,Sn,Pb,V A族のV,Nb,Ta,Pa,V B族のAs,
Sb,Bi,VI A族のCr,Mo,W,U,VI B族のSe,Te,Po,VII A族の
Mn,Tc,Re,VIIIのFe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt、及びラ
ンタノイド、アクチノイド系列の元素などが適用可能で
あるが、この中でも特にAl,In,Ti,Si,Ge,Snが取扱い易
さの点などから好ましく用いられる。この異種元素を焼
結体に混合する場合、異種元素の焼結体中の含有量は亜
鉛に対し0.1atm%から20.0atm%、特に0.5atm%から5.0
atm%であることが好ましい。この含有量が0.1atm%未
満の場合、異種元素の導電性ドーパントとしての効果が
得られず、一方20.0atm%を越える場合、焼結体や得ら
れる透明導電性薄膜の導電率が低下するおそれがある。
【0009】 また、本発明の焼結体のうち、(002)結晶配向性が
(101)結晶配向性より大きいものをスパッタリングタ
ーゲットとして用いて透明導電性薄膜を形成した場合、
スパッタリング時に膜質の低下が緩和され、より優れた
均一性の大面積薄膜を得ることができる。
(101)結晶配向性より大きいものをスパッタリングタ
ーゲットとして用いて透明導電性薄膜を形成した場合、
スパッタリング時に膜質の低下が緩和され、より優れた
均一性の大面積薄膜を得ることができる。
【0010】 以下、本発明の焼結体の製法の一例について説明す
る。本発明の焼結体は、例えば亜鉛と異種元素の酸化物
前駆体の共沈物を仮焼して共沈酸化物を得、該共沈酸化
物を成型し、1300℃以上で焼結することにより得ること
ができる。このように、本発明の焼結体を亜鉛と異種元
素の共沈酸化物から製造することにより、異種元素が焼
結時に焼結粒子の粒成長を適度に抑制し、焼結粒子平均
粒径を制御しやすくなるので好ましい。例えば酸化亜鉛
と異種元素の混合酸化物を1400℃以上で焼結した場合、
焼結粒子平均粒径は10μm以上に粒成長してしまうが、
共沈酸化物は1600℃で焼結してもその焼結粒子平均粒径
は10μm以下、多くは5μm以下に維持される。上述し
た本発明の焼結体の製法における共沈酸化物の成型方法
としては、例えば金型成型、鋳込み成型などが適用可能
である。また焼結温度は1000℃以上であるが、特に1300
℃から1400℃の範囲が好ましい。焼結温度が1300℃未満
では、得られる焼結体の導電性が不十分となる。更に焼
結時の雰囲気にも特に制限はないが、特に焼結体が還元
されない空気中焼結が好ましく用いられる。ところで、
本発明の焼結体の製法において用いられる共沈酸化物の
合成方法にも特に制限はないが、例えば従来知られてい
る方法により亜鉛と異種元素の共沈水酸化物、共沈無機
塩、共沈有機酸塩などの共沈酸化物前駆体を調製し、そ
れを仮焼することにより得ることができる。更に上記の
ように亜鉛と異種元素を共沈させる場合、沈殿速度が速
く、溶液濃度が高い場合には異種元素成分が偏析しやす
くなるので、溶液濃度としては2mol/l以下、沈殿速度と
しては10mol/時間以下とすることが好ましい。なお本発
明の焼結体を製造するにあたり、焼結体の密度を4.0g/c
m3以上5.0g/cm3未満の範囲に制御することが必須である
が、特に4.5g/cm3以上5.0g/cm3未満の範囲に制御するこ
とが好ましい。この密度が4.0g/cm3未満では焼結体の機
械的強度が弱くなり、焼結体に十分な導電性が付与され
ないおそれが生じ、5.0g/cm3以上では焼結体の焼結粒子
が粒成長し、10μm以下の焼結粒子平均粒径が維持され
ないおそれがある。しかしながら、ホットプレスの様な
特別の手法を用いれば、密度が高くても焼結粒子平均粒
径を小さく維持することが可能である。
る。本発明の焼結体は、例えば亜鉛と異種元素の酸化物
前駆体の共沈物を仮焼して共沈酸化物を得、該共沈酸化
物を成型し、1300℃以上で焼結することにより得ること
ができる。このように、本発明の焼結体を亜鉛と異種元
素の共沈酸化物から製造することにより、異種元素が焼
結時に焼結粒子の粒成長を適度に抑制し、焼結粒子平均
粒径を制御しやすくなるので好ましい。例えば酸化亜鉛
と異種元素の混合酸化物を1400℃以上で焼結した場合、
焼結粒子平均粒径は10μm以上に粒成長してしまうが、
共沈酸化物は1600℃で焼結してもその焼結粒子平均粒径
は10μm以下、多くは5μm以下に維持される。上述し
た本発明の焼結体の製法における共沈酸化物の成型方法
としては、例えば金型成型、鋳込み成型などが適用可能
である。また焼結温度は1000℃以上であるが、特に1300
℃から1400℃の範囲が好ましい。焼結温度が1300℃未満
では、得られる焼結体の導電性が不十分となる。更に焼
結時の雰囲気にも特に制限はないが、特に焼結体が還元
されない空気中焼結が好ましく用いられる。ところで、
本発明の焼結体の製法において用いられる共沈酸化物の
合成方法にも特に制限はないが、例えば従来知られてい
る方法により亜鉛と異種元素の共沈水酸化物、共沈無機
塩、共沈有機酸塩などの共沈酸化物前駆体を調製し、そ
れを仮焼することにより得ることができる。更に上記の
ように亜鉛と異種元素を共沈させる場合、沈殿速度が速
く、溶液濃度が高い場合には異種元素成分が偏析しやす
くなるので、溶液濃度としては2mol/l以下、沈殿速度と
しては10mol/時間以下とすることが好ましい。なお本発
明の焼結体を製造するにあたり、焼結体の密度を4.0g/c
m3以上5.0g/cm3未満の範囲に制御することが必須である
が、特に4.5g/cm3以上5.0g/cm3未満の範囲に制御するこ
とが好ましい。この密度が4.0g/cm3未満では焼結体の機
械的強度が弱くなり、焼結体に十分な導電性が付与され
ないおそれが生じ、5.0g/cm3以上では焼結体の焼結粒子
が粒成長し、10μm以下の焼結粒子平均粒径が維持され
ないおそれがある。しかしながら、ホットプレスの様な
特別の手法を用いれば、密度が高くても焼結粒子平均粒
径を小さく維持することが可能である。
【0011】 また、本発明の焼結体のうち、(101)結晶配向性に
対して(002)結晶配向性の方が大きい焼結体は、例え
ば結晶配向性のある共沈酸化物を成型し、焼結すること
により得ることができる。
対して(002)結晶配向性の方が大きい焼結体は、例え
ば結晶配向性のある共沈酸化物を成型し、焼結すること
により得ることができる。
【0012】
以下実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこ
れらに何ら限定されるものではない。
れらに何ら限定されるものではない。
【0013】 実施例1 硫酸亜鉛1モル、硫酸アルミニウム0.015モルの混合
水溶液を14%アンモニア水で60分かけて中和し、pH=7
で共沈水酸化物を調製した。次に得られた共沈水酸化物
を大気中800℃で仮焼して共沈酸化物とし、これを金型
成型して成型体を得、これを空気中1400℃で焼結した。
得られた焼結体の焼結粒子の平均粒径は電子顕微鏡観察
により3μm、焼結密度は見掛けの密度で4.5g/cm3、比
抵抗は四探針法により測定した結果3.0Ω・cmであっ
た。また焼結体の結晶配向性はX線回折強度比で(00
2)/(101)=4.5/1であった。
水溶液を14%アンモニア水で60分かけて中和し、pH=7
で共沈水酸化物を調製した。次に得られた共沈水酸化物
を大気中800℃で仮焼して共沈酸化物とし、これを金型
成型して成型体を得、これを空気中1400℃で焼結した。
得られた焼結体の焼結粒子の平均粒径は電子顕微鏡観察
により3μm、焼結密度は見掛けの密度で4.5g/cm3、比
抵抗は四探針法により測定した結果3.0Ω・cmであっ
た。また焼結体の結晶配向性はX線回折強度比で(00
2)/(101)=4.5/1であった。
【0014】 得られた焼結体をスパッタリングターゲットとして用
い、DCマグネトロンスパッタリングで透明導電性薄膜を
表1に示す成膜条件で形成した。その結果、表2に示す
特性の均一で低抵抗な透明導電性薄膜を比較的広い範囲
で得ることができた。
い、DCマグネトロンスパッタリングで透明導電性薄膜を
表1に示す成膜条件で形成した。その結果、表2に示す
特性の均一で低抵抗な透明導電性薄膜を比較的広い範囲
で得ることができた。
【0015】 比較例1 酸化亜鉛と酸化アルミニウムを1:0.015(モル比)と
なるように混合し、これを金型成型して成型体を得、こ
れを空気中1400℃で焼結した。得られた焼結体の焼結粒
子の平均粒径は電子顕微鏡観察により20μm、焼結密度
は見掛けの密度で5.3g/cm3、比抵抗は四探針法により測
定した結果0.2Ω・cmであった。また焼結体の結晶配向
性はX線回折強度比で(002)/(101)=1/5.5であっ
た。
なるように混合し、これを金型成型して成型体を得、こ
れを空気中1400℃で焼結した。得られた焼結体の焼結粒
子の平均粒径は電子顕微鏡観察により20μm、焼結密度
は見掛けの密度で5.3g/cm3、比抵抗は四探針法により測
定した結果0.2Ω・cmであった。また焼結体の結晶配向
性はX線回折強度比で(002)/(101)=1/5.5であっ
た。
【0016】 得られた焼結体をターゲットとして用い、実施例1と
同様の条件でDCマグネトロンスパッタリングで透明導電
性薄膜を形成したところ、抵抗が高く、着色した透明導
電性薄膜が得られた。得られた薄膜の特性を表2に示
す。
同様の条件でDCマグネトロンスパッタリングで透明導電
性薄膜を形成したところ、抵抗が高く、着色した透明導
電性薄膜が得られた。得られた薄膜の特性を表2に示
す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
以上述べたとおり、本発明の酸化亜鉛焼結体からなる
スパッタリングターゲットは、特に低温基板上に透明導
電膜を形成するスパッタリングターゲットとして極めて
優れた性能を有するものとなる。
スパッタリングターゲットは、特に低温基板上に透明導
電膜を形成するスパッタリングターゲットとして極めて
優れた性能を有するものとなる。
Claims (4)
- 【請求項1】焼結粒子平均粒径が1μm以上10μm以
下、体積固有抵抗が10Ω・cm未満、密度が4.0g/cm3以上
5.0g/cm3未満である導電性酸化亜鉛焼結体からなること
を特徴とするスパッタリングターゲット。 - 【請求項2】導電性酸化亜鉛焼結体が亜鉛と異種元素の
共沈酸化物からなることを特徴とする請求項1に記載の
スパッタリングターゲット。 - 【請求項3】導電性酸化亜鉛焼結体が、(002)結晶配
向性が(101)結晶配向性より大きい導電性酸化亜鉛焼
結体であることを特徴とする請求項1または2に記載の
スパッタリングターゲット。 - 【請求項4】亜鉛と異種元素の酸化物前駆体の共沈物を
仮焼して共沈酸化物を得、該共沈酸化物を成型し、1300
℃以上で焼結することを特徴とする焼結粒子平均粒径が
1μm以上10μm以下、体積固有抵抗が10Ω・cm未満、
密度が4.0g/cm3以上5.0g/cm3未満の導電性酸化亜鉛焼結
体からなるスパッタリングターゲットの製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21905890A JP3301755B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | スパッタリングターゲット及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21905890A JP3301755B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | スパッタリングターゲット及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04104937A JPH04104937A (ja) | 1992-04-07 |
| JP3301755B2 true JP3301755B2 (ja) | 2002-07-15 |
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ID=16729610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21905890A Expired - Fee Related JP3301755B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | スパッタリングターゲット及びその製法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3301755B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9318307B2 (en) | 2012-01-30 | 2016-04-19 | Ngk Insulators, Ltd. | Zinc oxide sputtering target and method for producing same |
| US9824869B2 (en) | 2013-03-25 | 2017-11-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Zinc oxide sputtering target |
| US9919931B2 (en) | 2013-03-25 | 2018-03-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Zinc oxide sputtering target |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4622075B2 (ja) * | 2000-10-03 | 2011-02-02 | 凸版印刷株式会社 | 透明導電性材料およびその製造方法 |
| JP4502493B2 (ja) * | 2000-10-10 | 2010-07-14 | 京セラ株式会社 | 酸化亜鉛質焼結体およびその製造方法 |
| US20070071985A1 (en) * | 2005-09-29 | 2007-03-29 | Prabhat Kumar | Sputtering target, low resistivity, transparent conductive film, method for producing such film and composition for use therein |
| CN101460425B (zh) | 2006-06-08 | 2012-10-24 | 住友金属矿山株式会社 | 氧化物烧结体、靶、用它制得的透明导电膜以及透明导电性基材 |
| JP5082928B2 (ja) * | 2007-03-09 | 2012-11-28 | 三菱マテリアル株式会社 | ZnO蒸着材及びその製造方法並びにそれにより形成されたZnO膜 |
| JP5018553B2 (ja) * | 2007-03-09 | 2012-09-05 | 三菱マテリアル株式会社 | ZnO蒸着材及びその製造方法並びにそれにより形成されたZnO膜 |
| JP5082927B2 (ja) * | 2007-03-09 | 2012-11-28 | 三菱マテリアル株式会社 | ZnO蒸着材の製造方法 |
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- 1990-08-22 JP JP21905890A patent/JP3301755B2/ja not_active Expired - Fee Related
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