难(nan)熔(rong)金属(shu)，一般包括钨、钽(tan)、钼(mu)、铌、铪(ha)、锆和(he)钽，其熔点(dian)都在(zai)1600℃以上(shang)。钨、钼等(deng)合金(jin)材(cai)料高(gao)温强(qiang)度(du)和蠕(ru)变(bian)性(xing)能(neng)好，被广(guang)泛用(yong)于(yu)微电(dian)子(zi)，照(zhao)明光源(yuan)、武(wu)器(qi)系(xi)统、原(yuan)子(zi)能等(deng)行业。钽(tan)铌(ni)极其(qi)合金具(ju)有(you)较低(di)蒸(zheng)气压(ya)、低热膨胀系数(shu)、优秀的抗(kang)腐蚀(shi)性能，被广泛(fan)用于航空(kong)航(hang)天、化工装(zhuang)备、集(ji)成(cheng)电(dian)路(lu)、核(he)能部(bu)门(men)。将难熔(rong)金属制(zhi)作成靶(ba)材可(ke)将(jiang)其(qi)优秀性(xing)能以(yi)薄膜的形(xing)式利(li)用。
溅射(she)用(yong)靶(ba)材(cai)有(you)如下(xia)几种分类方(fang)法(fa)：如(ru)按(an)材(cai)质分靶材可(ke)分为(wei)金属(shu)靶(ba)、高(gao)分子陶(tao)瓷(ci)非金属(shu)靶(ba)和复合材料靶等(deng)。如按(an)外形(xing)尺(chi)寸可分为(wei)圆柱形(xing)、长(zhang)方(fang)形(xing)、正方(fang)形板靶(ba)和管(guan)靶。
因为(wei)一般常(chang)见(jian)的(de)方靶(ba)圆(yuan)靶都(dou)为(wei)实心，在(zai)镀(du)膜作业(ye)中，圆环(huan)形(xing)的永(yong)磁(ci)体(ti)在靶(ba)的(de)表面产生(sheng)的磁(ci)场(chang)为(wei)环(huan)形(xing)，会发生不均(jun)匀(yun)冲蚀现(xian)象 ，溅射的薄(bao)膜厚度(du)均(jun)匀(yun)性(xing)不(bu)佳 ，靶材的(de)使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)大约只有(you) 20% ～30% 。而目(mu)前被(bei)推广的(de)空心(xin)管靶可(ke)绕固定的(de)条(tiao)状磁铁组(zu)件一定周(zhou)期旋转(zhuan)运(yun)动，靶(ba)面可(ke)被均(jun)匀刻(ke)蚀 ，优(you)势明(ming)显(xian)，将(jiang)利(li)用率(lv)提(ti)高到(dao) 80% 。
1、 钨(wu)靶
钨(wu)是难(nan)熔金属(shu)熔点最高(gao)的(de)一种，具(ju)有(you)稳定(ding)的高温(wen)特(te)性(xing)、抗电(dian)子(zi)迁(qian)移能(neng)力和较(jiao)高(gao)的(de)电(dian)子发射(she)系数(shu)等诸多(duo)优(you)点(dian)。钨及(ji)钨合(he)金靶(ba)在(zai)微电子(zi)、集成(cheng)电(dian)路(lu)等(deng)行(xing)业(ye)中被大量(liang)使用。Al、Cu，Ag目前(qian)是集(ji)成(cheng)电路制造用得(de)最(zui)多的互连线材(cai)料(liao)，一般来(lai)说介质层(ceng)是(shi) Si或 SiO2 ，Al、Cu，Ag会向(xiang)介质中扩散而形(xing)成(cheng)硅化物，从而(er)使金属(shu)连(lian)线的(de)电流(liu)强度(du)急剧变弱，整个布(bu)线(xian)系统功(gong)能(neng)可能会因(yin)此(ci)而(er)崩溃。最好的解决方(fang)案是(shi)在布线(xian)与(yu)介质(zhi)之(zhi)间再(zai)进行(xing)屏蔽来(lai)阻(zu)挡(dang)扩散层(ceng)，阻(zu)挡(dang)层金(jin)属(shu)是钨钛。大量(liang)试验证明，钨钛(tai)合金（钛占(zhan)10% ～30%）作(zuo)为阻挡(dang)层已被成(cheng)功(gong)地(di)应用(yong)于 Al、Cu和(he) Ag布(bu)线技术。由(you)于(yu)金(jin)属 钨(wu)在(zai)其他(ta)金属中(zhong)原子(zi)的扩散(san)率较(jiao)低，可阻(zu)挡(dang)扩(kuo)散(san)，钛(tai)可有效(xiao)地(di)阻止(zhi)晶界扩散(san)，另一方(fang)面(mian)也(ye)提高了阻挡层(ceng)的黏(nian)结力(li)和抗腐(fu)蚀(shi)性能 。
钨(wu)靶还(hai)被(bei)应用(yong)于(yu)装饰镀膜(mo)行业，如手表、眼镜(jing)、卫(wei)生(sheng)洁(jie)具(ju)、五(wu)金零(ling)件等(deng)产(chan)品(pin)，不仅能(neng)美化(hua)外观，同(tong)时也具有抗(kang)磨(mo)损、腐蚀等功(gong)能(neng)。近些(xie)年(nian)来装(zhuang)饰镀(du)膜(mo)用(yong)靶(ba)材的(de)需(xu)求(qiu)量日扩(kuo)大 。 国内研发 钨靶(ba)材(cai)的主(zhu)要单位有上(shang)海钢(gang)铁(tie)研(yan)究(jiu)所(suo)、北(bei)京安泰(tai)科(ke)技、西(xi)北有(you)色金(jin)属(shu)研究院、株(zhu)洲(zhou)硬质(zhi)合(he)金(jin)集团(tuan)等。
2、 钼(mu)靶(ba)
钼具有高熔(rong)点、较(jiao)低的比阻(zu)抗、高电(dian)导(dao)率、较(jiao)好的耐(nai)腐(fu)蚀性(xing)而被广(guang)泛(fan)用于(yu) LCD 显示(shi)屏、光伏电(dian)池中(zhong)的配(pei)线(xian)、电极(ji)。还(hai)有(you)集(ji)成电路(lu)的(de)阻(zu)挡层材(cai)料。
金(jin)属 Cr曾(ceng)是 LCD 显示屏配(pei)线的(de)首选材料(liao)，如(ru)今(jin)超大型、高精(jing)度(du)LCD 显示屏发(fa)展迅(xun)速(su)，这对(dui)材料(liao)的比阻(zu)抗(kang)提(ti)出了(le)更高(gao)的要求(qiu)。此(ci)外(wai)，环境(jing)保(bao)护也必须(xu)兼顾(gu)。金属(shu) 钼的膜应力的比阻(zu)抗(kang)只(zhi)有铬(ge)的(de)一(yi)半，且不会污(wu)染环境，诸(zhu)多优势(shi)使(shi)金属 钼(mu)成(cheng)为(wei) LCD 显(xian)示(shi)屏(ping)溅(jian)射靶(ba)材(cai)的最(zui)佳(jia)材料(liao)之一(yi)。
铜(tong)铟(yin)镓硒(xi)（简(jian)称“CIGS”）薄(bao)膜太阳(yang)电池是(shi)一种(zhong)最(zui)具(ju)有发(fa)展(zhan)前(qian)景的(de)薄(bao)膜太(tai)阳(yang)能电(dian)池(chi)，具有(you)光(guang)电(dian)转换效率高(gao)、无(wu)衰(shuai)退(tui)、性(xing)能稳定(ding)、成本低(di)廉等诸多优点。在(zai)光(guang)伏领域，国(guo)内外(wai)学(xue)者们(men)对 CIGS产(chan)生了极大的(de)关注(zhu)。CIGS薄膜(mo)太(tai)阳能电池的第五(wu)层(ceng)就是(shi)背(bei)电(dian)极，电池(chi)的性(xing)能受(shou)背电极(ji)材料直接(jie)影响。钼(mu)溅射的薄膜热(re)稳(wen)定性(xing)良好(hao)、电阻(zu)率较低(di)、还(hai)能(neng)与 CIGS层(ceng)结(jie)合形(xing)成(cheng)
良好(hao)的(de)欧(ou)姆接触(chu)。同时金(jin)属 钼(mu)薄(bao)膜还(hai)具(ju)有(you)与上下玻璃层和 CIGS近似的(de)热膨胀(zhang)系(xi)数(shu)等特点，已(yi)成(cheng)为(wei)薄(bao)膜太(tai)阳电池背(bei)电极的(de)必选(xuan)材料(liao) 。 近些(xie)年来(lai)，全球(qiu)的太阳能电(dian)池需(xu)求(qiu)量(liang)激(ji)增，每(mei)年(nian)递(di)增 40% 以(yi)上(shang)。据(ju)报道，目(mu)前(qian)世界薄(bao)膜(mo)太(tai)阳能(neng)电池年发电总(zong)量约(yue)为(wei)660MW。 国(guo)内研发 钼靶(ba)的(de)主要(yao)单(dan)位有金(jin)堆城(cheng)钼业(ye)、北(bei)京(jing)安泰(tai)科(ke)技(ji)、洛阳高新四(si)丰(feng)等(deng)。安泰科(ke)技(ji)公(gong)司(si)采用压制-烧(shao)结(jie)-热等静(jing)压(ya)法制(zhi)备(bei)的了(le)大(da)量(liang)钼(mu)及其合金(jin)靶材(cai)，相(xiang)对密度(du)逸(yi)99%。
3、钽靶(ba)
当(dang)大(da)规(gui)模(mo)集成电(dian)路进(jin)入到(dao)深(shen)亚微米时(shi)代时(shi)，Al线(xian)对(dui)应力(li)迁移和(he)电迁移的抵(di)抗能(neng)力相对(dui)较(jiao)弱，这将(jiang)造(zao)成(cheng)布(bu)线(xian)空(kong)洞(dong)，导(dao)致电路系统(tong)完全(quan)失效(xiao)。因(yin)此(ci)，金(jin)属Cu布(bu)线(xian)将(jiang)成为(wei)主(zhu)流。Cu比(bi) Al具有更(geng)高(gao)的(de)抗电(dian)迁(qian)移(yi)能力(li)和更低(di)的(de)电(dian)阻(zu)率(lv)，这意(yi)味(wei)着(zhe)更(geng)小(xiao)、更(geng)密集的连(lian)线(xian)可以承(cheng)载更强的(de)电(dian)流(liu)。低(di)电阻提高(gao)了芯片(pian)速(su)度。目前全球(qiu) 130nm、90nm 及以(yi)下的器件(jian)生(sheng)产商(shang)已(yi)经采(cai)用(yong)
Cu互连工(gong)艺，Ta成(cheng)为(wei)Cu互(hu)连的(de)阻(zu)挡层。目(mu)前(qian)，超大(da)规模集(ji)成(cheng)电路(lu)已(yi)逐(zhu)渐(jian)发(fa)展为(wei) Cu/Ta系 。因(yin)为 Cu和(he) Si的化学活(huo)性高(gao)，扩散(san)速(su)度快(kuai)，易形成铜(tong)硅(gui)合(he)金(jin)（Cu-Si），铜(tong)在(zai)硅中形成(cheng)深(shen)的空(kong)穴，设(she)备(bei)的(de)性(xing)能(neng)被严(yan)重(zhong)影响，最(zui)终(zhong)导致系(xi)统失(shi)效。钽及(ji)钽的(de)化合(he)物(wu)具有(you)高(gao)热稳定(ding)性、高(gao)导电性和对(dui)外来原子的阻挡(dang)作用(yong)。
Cu和(he)钽(tan)以及 Cu和(he) N 之间(jian)不(bu)反(fan)应(ying)，不(bu)扩散(san)形(xing)成(cheng)化合(he)物，因(yin)此钽(tan)和(he)钽(tan)基膜成(cheng)为(wei)阻挡(dang)层(ceng)可有(you)效防(fang)止铜(tong)的(de)扩(kuo)散(san) 。
我(wo)国钽(tan)储(chu)量(liang)资源丰(feng)富，但在(zai)过去对(dui)半导体(ti)溅(jian)射靶材缺乏最(zui)基(ji)本(ben)的(de)认识，从(cong)而(er)限(xian)制(zhi)了高纯(chun) 钽(tan)靶材的技(ji)术发(fa)展。在(zai)很长一段(duan)时(shi)间(jian)内(nei)，我(wo)国生产溅(jian)射靶(ba)材用的高(gao)纯(chun)钽(tan)原(yuan)料(liao)主(zhu)要(yao)依(yi)赖(lai)进(jin)口(kou)。宁夏(xia)东方(fang)钽(tan)业通(tong)过(guo)多(duo)年研(yan)发，掌(zhang)握(wo)了高纯钽(tan)溅射(she)靶(ba)材(cai)原(yuan)料(liao)生(sheng)产工(gong)艺(yi)方法，填补(bu)了国内空(kong)白(bai)。宁波(bo)江(jiang)丰(feng)电子(zi)材料(liao)股份(fen)有(you)限公司也(ye)生(sheng)产(chan)出了 300mm 高纯钽溅(jian)射靶(ba)材 。西安诺博(bo)尔(er)稀(xi)贵金(jin)属(shu)公司也(ye)掌(zhang)握(wo)高(gao)纯 钽(tan)靶的(de)生产工(gong)艺 。
4、 铌(ni)靶(ba)
近(jin)些(xie)年(nian)，光(guang)电(dian)技(ji)术(shu)的(de)发(fa)展迅速(su)，铌(ni)薄膜(mo)材料已广(guang)泛应用于(yu)与人(ren)们(men)现(xian)代(dai)生(sheng)活(huo)密(mi)切相(xiang)关的 LCD、TFT等离子(zi)显示(shi)屏、相(xiang)机(ji)镜(jing)头镀膜(mo)、光学(xue)镜头镀(du)膜(mo)、汽(qi)车(che)和建(jian)筑(zhu)工业(ye)用玻(bo)璃的制(zhi)造(zao)中(zhong) 。铌(ni)靶材还(hai)用(yong)于表面工(gong)程(cheng)材料(liao)，如化工(gong)耐腐蚀、船(chuan)舶、耐热(re)、电子成(cheng)像(xiang)、信(xin)息储存(cun)、高导(dao)电等镀(du)膜行(xing)业 。由(you)于(yu)高的(de)利(li)用(yong)率，旋(xuan)转空(kong)心(xin)圆(yuan)管(guan)磁(ci)控溅射靶目前(qian)在(zai)业内(nei)得(de)到(dao)广(guang)泛推广(guang)，铌(ni)管靶主(zhu)要应(ying)用于平(ping)面显(xian)示器、先(xian)进(jin)触(chu)控屏(ping)和(he)节能(neng)玻璃的表(biao)面(mian)镀膜(mo)等行业(ye)，对(dui)玻璃屏幕起抗反射作用。
我国研(yan)发(fa)铌靶的(de)主(zhu)要(yao)单位有(you)宁(ning)夏东方钽(tan)业、西(xi)北有(you)色金(jin)属(shu)研(yan)究院(yuan)等(deng)。据笔(bi)者了解(jie)，宝(bao)鸡佳军(jun)公司通过熔炼(lian)挤(ji)压(ya)方式(shi)生(sheng)产出了外(wai)径 152mm，内(nei)径(jing) 125mm，长度为(wei) 3900mm 的大型铌管(guan)靶，平均(jun)晶(jing)粒(li)尺寸达到了(le) 75.5μm 。
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