前(qian)言(yan)
随着电子信息(xi)产业的飞速(su)发展, 薄膜科(ke)学应(ying)用(yong)日(ri)益(yi)广泛(fan)。溅(jian)射(she)法是制备薄(bao)膜(mo)材料的主要(yao)技术(shu)之一, 溅(jian)射沉(chen)积(ji)薄膜的(de)源材(cai)料即(ji)为(wei)靶材。用靶(ba)材溅射沉积(ji)的薄(bao)膜(mo)致密度高(gao), 附着性好(hao)。20 世纪(ji) 90 年代以来(lai), 微电子行业新(xin)器件和新(xin)材(cai)料发展(zhan)迅速, 电(dian)子(zi) 、磁性 、光(guang)学 、光电(dian)和(he)超导(dao)薄膜等已(yi)经广泛应(ying)用于(yu)高新技(ji)术(shu)和(he)工(gong)业(ye)领(ling)域, 促使溅射(she)靶材市(shi)场(chang)规(gui)模日(ri)益扩大(da)。如(ru)今, 靶材(cai)已(yi)蓬勃(bo)发(fa)展成为一个专业(ye)化(hua)产业(ye)。
目前(qian), 全世界的靶(ba)材主要由日本、美国(guo)和德(de)国(guo)生(sheng)产(chan), 我国靶材产业的研(yan)发(fa)则相对(dui)滞后(hou) 。虽然国(guo)内(nei)也(ye)有一些大学(xue)和研(yan)究(jiu)院(yuan)对靶(ba)材进行(xing)了研(yan)制, 但(dan)仍处(chu)于理(li)论研究和(he)试(shi)制(zhi)阶(jie)段(duan), 尚(shang)没有专业生(sheng)产靶(ba)材(cai)的(de)大(da)公(gong)司(si), 大量(liang)靶材还(hai)需(xu)进口(kou)。如今(jin), 微(wei)电(dian)子(zi)等高科(ke)技产业的(de)高(gao)速发(fa)展(zhan)促(cu)进了中国靶(ba)材市(shi)场日(ri)益扩大, 从而为(wei)中国(guo)靶材(cai)产(chan)业的(de)发展(zhan)提(ti)供了机(ji)遇(yu) 。靶(ba)材是微(wei)
电子(zi)行业的(de)重(zhong)要(yao)支撑产业(ye)之(zhi)一(yi), 如果(guo)我(wo)们(men)能及时抓(zhua)住机遇(yu)发展我(wo)国的(de)靶材产(chan)业, 不仅会(hui)缩短与(yu)国际靶材水(shui)平的(de)差(cha)距, 参(can)与(yu)国际(ji)市场(chang)竞(jing)争(zheng), 还(hai)能降低我国微(wei)电(dian)子(zi)行业(ye)的生产成本, 提(ti)高(gao)我(wo)国电(dian)子产品的国际竞(jing)争力(li)。
有关靶材应(ying)用和市(shi)场(chang)前(qian)景方(fang)面(mian)的综(zong)述(shu)已有多(duo)篇(pian), 本(ben)文重点总(zong)结靶(ba)材(cai)的(de)制备工(gong)艺(yi), 为(wei)靶材制备研(yan)究(jiu)者提(ti)供有价值的参考(kao)。文中(zhong)首(shou)次详(xiang)细列出我(wo)国靶材(cai)研(yan)究单位(wei)和生产(chan)企业, 对(dui)其研究(jiu)方向和产(chan)品进行了(le)系统(tong)归纳;并分(fen)析(xi)了国内(nei)外靶材专利(li)对我国靶材(cai)产(chan)业(ye)化的(de)影(ying)响(xiang) 。
1、 靶(ba)材(cai)的分(fen)类(lei)
根(gen)据(ju)应(ying)用主要包括半(ban)导(dao)体领(ling)域应用靶(ba)材(cai)、记录介质(zhi)用靶(ba)材(cai)、显(xian)示薄(bao)膜(mo)用靶(ba)材(cai)、光学靶材、超导靶(ba)材(cai)等。上(shang)海钢(gang)铁研(yan)究(jiu)所张青(qing)来等人对靶材的(de)分类(lei)及其(qi)对应(ying)的(de)材料(liao)种类(lei)和应(ying)用(yong)领域划分(fen)得(de)较为详细, 本文(wen)整(zheng)表(biao)引用( 见表 1) 。其(qi)中(zhong)半导(dao)体(ti)领(ling)域(yu)应用靶材、记录(lu)介(jie)质用(yong)靶材和(he)显(xian)示(shi)靶材(cai)是(shi)市(shi)场规(gui)模最(zui)大(da)的(de)三类(lei)靶材。
靶材形(xing)状(zhuang)有长方(fang)体(ti)、正(zheng)方体(ti) 、圆(yuan)柱体(ti)和不规则形状(zhuang) 。长方体(ti) 、正方(fang)体(ti)和(he)圆(yuan)柱体形(xing)靶材(cai)为实(shi)心, 溅(jian)射过程(cheng)中, 圆(yuan)环形(xing)永(yong)磁体在靶材表面(mian)建立环(huan)形磁场, 在轴间等距(ju)离(li)的环形表(biao)面(mian)上(shang)形(xing)成刻蚀(shi)区(qu), 其缺(que)点是薄膜(mo)沉积(ji)厚(hou)度(du)均匀(yun)性不(bu)易控(kong)制, 靶材的利(li)用(yong)率(lv)较(jiao)低, 仅为(wei)20%～ 30%。目前(qian)国内(nei)外都(dou)在推广应用(yong)旋转(zhuan)空(kong)心(xin)圆管磁控(kong)溅(jian)射靶(ba), 其优点是靶(ba)材可绕固(gu)定
的条(tiao)状(zhuang)磁(ci)铁(tie)组件(jian)旋(xuan)转, 因(yin)而 360°靶面可(ke)被均(jun)匀刻蚀(shi), 利(li)用率高达 80%。
2、靶材的(de)性(xing)能(neng)要(yao)求
靶材制(zhi)约着(zhe)溅(jian)镀(du)薄膜的物理 、力学(xue)性(xing)能(neng), 影响镀(du)膜质(zhi)量(liang), 因(yin)而(er)靶(ba)材(cai)质量评(ping)价较为(wei)严格(ge), 主要应满足(zu)如(ru)下要求:
1) 杂质(zhi)含(han)量低(di), 纯(chun)度高(gao) 。靶材(cai)的(de)纯度影(ying)响薄(bao)膜(mo)的均(jun)匀性 。
2) 高致(zhi)密(mi)度。高(gao)致密(mi)度靶(ba)材(cai)具有导电(dian)、导(dao)热(re)性好(hao)、强度(du)高(gao)等优(you)点, 使(shi)用这种靶(ba)材镀(du)膜, 溅(jian)射功率(lv)小(xiao), 成(cheng)膜(mo)速(su)率高, 薄膜不(bu)易(yi)开(kai)裂, 靶(ba)材(cai)使(shi)用(yong)寿命(ming)长(zhang),而且(qie)溅镀薄膜的(de)电阻(zu)率低(di), 透(tou)光(guang)率(lv)高。
3) 成分(fen)与(yu)组(zu)织(zhi)结(jie)构(gou)均(jun)匀(yun)。靶材(cai)成分均(jun)匀是镀膜质(zhi)量(liang)稳(wen)定的重(zhong)要(yao)保(bao)证(zheng) 。
4) 晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)细小(xiao)。靶的(de)晶(jing)粒(li)尺寸(cun)越细(xi)小(xiao), 溅(jian)镀(du)薄膜的(de)厚度(du)分(fen)布(bu)越均匀, 溅(jian)射(she)速(su)率(lv)越(yue)快(kuai) 。
正(zheng)因为(wei)靶(ba)材(cai)在(zai)性能上(shang)有上述(shu)诸(zhu)多特(te)殊(shu)要求, 导(dao)致其制(zhi)备(bei)工艺较为复杂。
3、靶材(cai)的(de)制备工(gong)艺(yi)
目(mu)前制(zhi)备靶(ba)材的方法主(zhu)要(yao)有铸造法(fa)和粉(fen)末冶(ye)金(jin)法 。
铸(zhu)造(zao)法 :将一定(ding)成(cheng)分配(pei)比的(de)合(he)金(jin)原料熔炼(lian), 再将(jiang)合金熔液浇注于模具(ju)中, 形成(cheng)铸(zhu)锭, 最后经机(ji)械(xie)加工(gong)制成(cheng)靶材(cai)。铸(zhu)造法在(zai)真空(kong)中(zhong)熔(rong)炼、铸(zhu)造。常用的(de)熔炼(lian)方(fang)法(fa)有(you)真(zhen)空(kong)感(gan)应(ying)熔炼(lian) 、真(zhen)空(kong)电(dian)弧(hu)熔炼(lian)和(he)真空电子(zi)轰(hong)击(ji)熔(rong)炼(lian)等 。其(qi)优点是靶材(cai)杂质含量(liang)( 特别是气(qi)体(ti)杂质(zhi)含(han)量(liang)) 低, 密度高, 可大(da)型化(hua);缺(que)点(dian)是(shi)对熔点(dian)和(he)密(mi)度(du)相差(cha)较大的(de)两(liang)种或两种以(yi)上金属(shu), 普通熔
炼(lian)法难以获(huo)得(de)成分均(jun)匀的(de)合金靶材(cai) 。
粉(fen)末(mo)冶金(jin)法:将一定成(cheng)分(fen)配(pei)比的(de)合(he)金原(yuan)料熔炼, 浇注(zhu)成(cheng)铸(zhu)锭后再(zai)粉(fen)碎, 将(jiang)粉碎形成(cheng)的粉(fen)末(mo)经等(deng)静压成(cheng)形, 再(zai)高温烧结, 最终(zhong)形(xing)成靶材 。粉(fen)末冶(ye)金(jin)法(fa)的优点是靶材成(cheng)分均(jun)匀(yun) ;缺点是密(mi)度低(di), 杂质(zhi)含量(liang)高(gao)等。常用(yong)的粉(fen)末(mo)冶金(jin)工(gong)艺(yi)包括(kuo)冷(leng)压(ya)、真(zhen)空热压和热等(deng)静压等 。
3.1 铸(zhu)造法
3.1 .1 NiCrSi 高阻(zu)溅(jian)射(she)靶(ba)材
该(gai)靶材主要用于(yu)制(zhi)备金属膜(mo)电(dian)阻器和金属(shu)氧(yang)化(hua)膜(mo)高阻(zu)电(dian)阻(zu)器, 集成(cheng)电(dian)路(lu)布(bu)线(xian)及(ji)传感器(qi)等(deng), 应(ying)用(yong)于(yu)电子(zi)计算机 、通(tong)讯(xun)仪器 、电子交(jiao)换(huan)机中(zhong), 逐(zhu)渐(jian)成(cheng)为(wei)替(ti)代碳(tan)膜电(dian)阻的新一代通用(yong)电(dian)阻器。目前用于(yu)生产高稳定(ding)性(xing)金属膜(mo)电阻(zu)器(qi)的(de)高(gao)阻靶(ba)材(cai), 主(zhu)要(yao)依靠进(jin)口(kou), 价格昂(ang)贵(gui), 制(zhi)约了(le)我国电子工业(ye)的发(fa)展(zhan) 。
上(shang)海交(jiao)通大学在 NICrSi 合金(jin)内(nei)添加(jia)稀(xi)土以改良靶材(cai)性(xing)能, 其(qi)制备工(gong)艺如(ru)下(xia):
1) 备料:Cr 、Ni 元素纯度大于 99.5%;Si 元(yuan)素(su)纯(chun)度大于(yu) 99.9 %;稀土元(yuan)素混合(he)物(wu)纯度大于 98 %。
2) 将(jiang) Ni 、Cr 及少(shao)量(liang)的(de) Si 熔炼成(cheng)中间合(he)金(jin), 电(dian)弧炉(lu)熔炼(lian)时的(de)电压为(wei) 20V, 电流为 500 ～ 600A, 时(shi)间(jian)为(wei) 2～ 5min。
3) 然(ran)后(hou)进(jin)行整(zheng)个(ge)靶(ba)材的真(zhen)空感(gan)应(ying)熔炼, 即(ji)采(cai)用(yong)特(te)殊(shu)真空感应熔炼石(shi)蜡熔模(mo)精(jing)密浇(jiao)铸 :在真空(kong)感应(ying)熔(rong)炼中将(jiang)制(zhi)备(bei)好(hao)的中间(jian)合(he)金放在(zai)加料器的底部(bu), 难熔材(cai)料(liao)在(zai)上部(bu), 在真(zhen)空(kong)感(gan)应熔(rong)炼(lian)中(zhong)使中间合(he)金先(xian)熔(rong)化(hua), 然后再(zai)将难熔(rong) Si 材料(liao)加(jia)入。真空(kong)感应熔炼时(shi)的真(zhen)空度(du)为(wei) 2×10 -2 torr, 功率为 35kW, 时(shi)间(jian)为 1h。
4) 随后进(jin)行(xing)精炼, 精炼(lian)时功率为(wei) 20kW, 时间为(wei)30min 。
5) 稀土元素在精(jing)练(lian)阶(jie)段加入(ru), 并(bing)用电(dian)磁(ci)感应将溶液(ye)均匀搅拌, 注(zhu)入(ru)熔模, 熔模(mo)冷(leng)却(que)后经脱(tuo)模工序得(de)到靶材的铸造件 。
6) 对靶材铸造件(jian)热处理和(he)机械(xie)加(jia)工。热处理(li)工艺为(wei):在(zai) 800 ℃下保(bao)温 2h 。
天(tian)津大学(xue)在 NICrSi 合金(jin)内加(jia)入(ru) Ti, 并(bing)调整了各(ge)元(yuan) 素的含 量 ( 成(cheng)分(fen) :Si45% ～ 55%, Cr40% ～50%, Ni3%～ 6%, Ti0.1%～ 0 .3%) , 所制备(bei)的靶(ba)材(cai)具(ju)有(you)表面(mian)光(guang)滑(hua)、平(ping)整、外部无(wu)裂(lie)纹(wen), 内部(bu)无(wu)气(qi)孔(kong)等优点 。用(yong)该(gai)靶材生产(chan)的金属膜电阻(zu)器具(ju)有(you)较(jiao)高(gao)的(de)稳(wen)定性(xing)。所(suo)采用的制备(bei)工艺(yi)如下(xia) :
1) 采(cai)用刚(gang)玉(yu) -石(shi)墨(mo) -镁(mei)砂(sha)复(fu)合(he)型(xing)中频真(zhen)空感应(ying)炉, 将配(pei)好(hao)的(de)料(liao)放入(ru)刚玉坩(gan)锅(guo)内(nei), 在 1 ×10 -2 torr真(zhen)空条件(jian)下(xia)冶炼, 熔炼温(wen)度(du)为(wei) 1 500 ～ 1 550 ℃, 时间(jian)为(wei) 1h。中频(pin)感(gan)应(ying)炉的(de)功率为(wei) 10～ 40kW, 感(gan)应圈(quan)电(dian)压(ya)和(he)电(dian)流(liu)分别(bie)为(wei) 100～ 400V 和 200 ～ 380A 。
2) 模壳(ke)内设(she)置管(guan)口(kou)伸至模壳底面的浇(jiao)铸管, 烘(hong)烤(kao)模壳, 使其(qi)温(wen)度(du)达(da)到 650～ 700℃时(shi), 料(liao)液(ye)通(tong)过(guo)浇铸(zhu)管底(di)面(mian)而浇(jiao)铸(zhu) 。浇(jiao)铸(zhu)后(hou)模壳(ke)缓(huan)慢(man)冷(leng)却(que)至 850 ～800℃, 保(bao)温 1h, 然(ran)后再(zai)以(yi) 10～ 15 ℃/h 的速度冷却至室(shi)温。
为提(ti)高(gao)强度, NiCrSi 靶(ba)材(cai)的(de)背面(mian)需覆加衬板,即在背面焊接一块(kuai)铜板。铜(tong)板(ban)形(xing)状(zhuang)和(he)尺(chi)寸(cun)与靶(ba)材相(xiang)同, 厚(hou)度为 1～ 3mm 。用(yong)铟(yin)锡钎(qian)焊或环氧树脂(zhi)粘接(jie)的方(fang)法将靶(ba)材(cai)和铜板(ban)焊(han)接(jie)牢(lao)固(gu), 焊(han)接温度(du)为(wei) 250～ 270℃, 时(shi)间(jian)为 4h。
3.1.2 Ag 及 Ag 合金靶材(cai)
Ag 靶材主(zhu)要应(ying)用(yong)于光盘介(jie)质(zhi)的(de)反射(she)膜(mo);STN液晶(jing)显(xian)示(shi)装(zhuang)置或(huo)有(you)机 EL 显示(shi)装(zhuang)置(zhi)等(deng)的(de)光(guang)反(fan)射(she)性(xing)薄膜。在(zai) Ag 合金(jin)中添加少量(liang)的 In、Sn、Zn 或 Au 、Pd、Pt, 或根据情况(kuang)添(tian)加少(shao)量(liang)的 Cu, 可(ke)将(jiang)低溅(jian)射靶材(cai)电(dian)阻, 提(ti)高(gao)靶(ba)材(cai)图案(an)形(xing)成性 、耐(nai)热性、反(fan)射(she)率和(he)耐(nai)硫化性(xing)等 。
日(ri)本石(shi)福(fu)金属(shu)兴业株(zhu)式(shi)会社(she)采(cai)用燃气炉、高(gao)频(pin)熔炼炉, 在空(kong)气( 或(huo)惰(duo)性(xing)气体环(huan)境或真(zhen)空下(xia)) 冶炼(lian) 、制(zhi)备(bei) Ag 合金靶材, 熔(rong)炼温度(du)为(wei) 1 000～ 1 050℃。
3.1.3 镍(nie)基变形(xing)合金(jin)靶(ba)材
该靶(ba)材(cai)主要应(ying)用于合金(jin)钢领域(yu), 适(shi)用于(yu)建(jian)筑(zhu)装(zhuang)饰玻璃(li)镀(du)膜用(yong)。
冶金(jin)工业部(bu)钢(gang)铁(tie)研(yan)究(jiu)总院采用(yong)如下(xia)工(gong)艺制备(bei)该(gai)靶材:
1) 真空感(gan)应炉或(huo)非(fei)真空(kong)感应炉(lu)加电渣重(zhong)熔(rong)方法(fa)冶炼(lian)。
2) 采(cai)用热锻(duan)方(fang)法进行(xing)热(re)加(jia)工, 或采(cai)用热(re)锻加热轧(ya)方(fang)法进(jin)行加工(gong)成(cheng)型 。开锻温(wen)度(du)为(wei) 1230℃, 终锻(duan)温度(du)为 980 ℃;开(kai) 轧(ya)温度为(wei) 1 130℃, 终轧温度 为(wei)1 000℃。
3.1.4 纯(chun)金(jin)属(shu)铝(lv)、钛 、铜, 或(huo)其(qi)合金(jin)靶(ba)材
由(you)纯金属铝(lv)、钛或(huo)铜(tong), 或是(shi)添加铜 、硅、钛、锆(gao) 、锕、钼(mu) 、钨 、白(bai)金 、金(jin)、铌、钽 、钴 、铼 、钪等(deng)至少(shao)一种(zhong)不(bu)同(tong)金(jin)属(shu)所(suo)形(xing)成的(de)合(he)金靶(ba)材(cai)主(zhu)要应(ying)用于半(ban)导(dao)体产(chan)业及(ji)光(guang)电产业。
光(guang)洋(yang)应(ying)用材(cai)料科技(ji)股份有限(xian)公(gong)司采用(yong)双(shuang) V 熔炼(lian)法(fa)制(zhi)备(bei)该类(lei)靶(ba)材:
1) 将(jiang)纯金(jin)属(shu)或(huo)合金(jin)进(jin)行(xing)真(zhen)空感应熔炼(lian)。
2) 对铸(zhu)件进(jin)行(xing)高温(wen)锻造(zao)加(jia)工, 产(chan)生(sheng)晶粒(li)细(xi)小(xiao)及二次(ci)相(xiang)微细(xi)化(hua)的(de)高均质(zhi)化(hua)材(cai)料。
3) 真(zhen)空电弧(hu)精(jing)炼(lian)。 将(jiang)锻(duan)造后的(de)材料(liao)当(dang)作电(dian)极(ji), 利(li)用一高(gao)直流(liu)电(dian)源, 在此(ci)电极(ji)与一(yi)导电(dian)坩(gan)锅(guo)之(zhi)间产(chan)生电弧(hu), 融(rong)化由单(dan)一(yi)金(jin)属(shu)或(huo)合金所形成(cheng)的电极(ji), 熔融(rong)物(wu)落(luo)至导(dao)电坩锅(guo)中(zhong)固(gu)化(hua)而获得(de)靶(ba)材 。
3.1 .5 铝(lv)系合金(jin)靶材(cai)
铝系合(he)金(jin)靶材主要应用(yong)于(yu)光碟(die)和液晶显示屏(ping)上(shang)。
三(san)井金属工业株式会(hui)社(she)采(cai)用溅(jian)射方法制备(bei)铝(lv)-碳(tan)合金靶(ba)材, 其制备(bei)工艺如(ru)下:
1) 分(fen)别准(zhun)备(bei)铝(lv)和碳的(de)靶材, 对(dui)这(zhe)些(xie)靶(ba)材(cai)进(jin)行(xing)同(tong)时或交替溅射, 将其堆积在基板(ban)上, 形成(cheng)铝(lv) -碳(tan)合(he)金靶(ba)材(cai) 。
2) 将该通(tong)过溅(jian)射(she)形(xing)成(cheng)的铝(lv)-碳(tan)合金块材(cai)再(zai)熔(rong)化, 加入(ru)合金(jin)元(yuan)素(su), 然(ran)后(hou)冷(leng)却(que)凝固, 从(cong)而(er)制造成具(ju)有(you)优(you)异特性薄(bao)膜的(de)铝系合(he)金(jin)靶材。
然而该工(gong)艺存在如下(xia)缺(que)点(dian);靶(ba)材内易形(xing)成(cheng)粗大(da)的 Al4C3 相(xiang);由(you)于利用溅(jian)射装(zhuang)置(zhi), 生产效率低(di), 制造成(cheng)本高。
因(yin)而, 三井金属工(gong)业(ye)株式会(hui)社又(you)对(dui)铝(lv)系(xi)合(he)金(jin)靶(ba)材的制(zhi)备工(gong)艺进(jin)行了深入(ru)研究(jiu), 重新制订了制(zhi)备工艺(yi):
1) 铝(lv) -碳(tan)二(er)元(yuan)系合金靶材(cai)的制(zhi)造(zao) :将铝(lv)放(fang)入(ru)碳坩(gan)锅中, 加热至(zhi) 1 600～ 2 500℃, 将铝(lv)熔(rong)化(hua), 在(zai)碳(tan)坩锅(guo)中形(xing)成(cheng) Al-C 合金, 使(shi)该(gai)溶液(ye)冷(leng)却凝固(gu), 冷(leng)却速度为(wei) 3 ～ 2×10 5 ℃/S, 从(cong)而形成 Al -C 相均匀微(wei)细分(fen)散(san)在(zai)铝(lv)母相(xiang)中的(de) Al-C 合(he)金(jin)。冷却(que)速度越(yue)大, 铝(lv)-碳(tan)相越(yue)越(yue)细小, 分(fen)布越均(jun)匀(yun)。可(ke)将(jiang)熔液(ye)浇入(ru)铸(zhu)模中铸(zhu)造 ;也可(ke)采(cai)用骤冷(leng)凝固法形成非晶(jing)态金(jin)属, 如
单辊(gun)法、双(shuang)辊(gun)法等熔融旋压(ya)成形法 。将(jiang)熔融(rong)旋(xuan)压(ya)成(cheng)形法骤冷(leng)凝固(gu)得到的线状或(huo)箔(bo)状材(cai)料再熔化, 形成(cheng)块(kuai)状体(ti), 用(yong)作(zuo)靶材 。
2) 铝(lv) -碳(tan) -X 三元(yuan)系合(he)金靶(ba)材(cai)的(de)制造:先将(jiang)该(gai)Al-C 合(he)金锭进(jin)行冷轧等(deng)冷(leng)加工, 然(ran)后(hou)在 660 ～900 ℃下(xia)二(er)次熔化(hua)( 最好(hao)在(zai)惰(duo)性气体(ti)气(qi)氛中进(jin)行) ,并加(jia)入(ru)镁(mei)等(deng)添加(jia)元(yuan)素(su), 搅(jiao)拌(ban)后(hou)进行铸造。二(er)次(ci)熔(rong)化时(shi), 只(zhi)要使Al -C 合金(jin)达(da)到添加(jia)元(yuan)素进行(xing)搅(jiao)拌(ban)的流动(dong)状(zhuang)态即可(ke), 以免铝母相中(zhong)的(de)Al -C 相(xiang)粗化(hua) 。冷加(jia)工的(de)目的(de)是预(yu)先(xian)使(shi)铝-碳针(zhen)状析(xi)出(chu)相(xiang)微(wei)细化(hua), 防(fang)止(zhi)最(zui)终成(cheng)形(xing)加工(gong)时出(chu)现(xian)开(kai)裂。
该制备(bei)工(gong)艺的(de)难点是(shi):如何(he)控(kong)制(zhi)合(he)金的(de)含(han)量(liang)。
三井金属工业株(zhu)式(shi)会(hui)社预先在(zai)碳(tan)坩埚中生(sheng)成(cheng)含(han)碳量较(jiao)高(gao)的铝(lv) -碳(tan)合(he)金(jin);再(zai)熔(rong)化(hua)时, 将铝 -碳(tan)合(he)金(jin)锭与(yu)添(tian)加元(yuan)素一(yi)起(qi)加(jia)入铝内(nei), 从(cong)而精确(que)地控制合(he)金元素的(de)含(han)量(liang) 。
采用该(gai)工(gong)艺(yi), 能(neng)够(gou)获得组成均匀的钛(tai)铝合金(jin)靶, 并能降低(di)靶材内部缺(que)陷, 抑(yi)制(zhi)材料氧化 。因而(er)使用该靶材(cai)能够(gou)形(xing)成耐热性及(ji)低电(dian)阻性(xing)优异(yi)的铝(lv)合金薄膜(mo) 。
3.2 粉(fen)末(mo)冶金法
粉末冶金(jin)制(zhi)备(bei)靶材流(liu)程(cheng)见图(tu) 1。
3.2.1 铽铁钴 -稀(xi)土系(xi)列(lie)磁(ci)光靶(ba)材
西(xi)南(nan)交通(tong)大学(xue)张喜燕(yan)等人(ren)采(cai)用(yong)磁(ci)悬浮熔炼(lian)技(ji)术熔炼靶材(cai)合金, 通(tong)过磁(ci)场(chang)搅拌熔(rong)体(ti), 保(bao)证合(he)金(jin)成分均匀(yun) 。可避免使(shi)用石英坩埚(guo)所导致的高成(cheng)本、低(di)效率(lv)问题(ti) 。
制造(zao)工艺(yi)如下。
1) 料(liao)处理及配料:处理工(gong)业纯(chun)铁和钴(gu)表(biao)面(mian), 然(ran)后(hou)将铽(te) 、轻稀(xi)土(tu) 、铁(tie)放(fang)入磁悬浮(fu)炉内(nei)精(jing)练(lian), 最(zui)后(hou)在气(qi)体(ti)保(bao)护下(xia)配(pei)料(liao)。采(cai)用磁悬(xuan)浮(fu)熔炼(lian)技术(shu)熔炼(lian)基(ji)靶(ba)合(he)金, 基(ji)靶(ba)合金成分(fen)为铁钴合(he)金(jin), 将纯(chun)铽(te)和轻稀(xi)土(tu)线(xian)切割成扇(shan)片或圆(yuan)片, 对(dui)称地镶(xiang)嵌在(zai)铁(tie)轱(gu)合(he)金基(ji)靶(ba)刻蚀最大(da)的(de)圆(yuan)环(huan)内(nei)制(zhi)成(cheng)复(fu)合(he)靶( 见图 2) , 通(tong)过调(diao)节(jie)铽(te)片(pian)、轻稀(xi)土(tu)片(pian)的(de)数量(liang)与(yu)位置(zhi)或(huo)改变基靶合(he)金含(han)量(liang),
来改变靶(ba)材(cai)成(cheng)分(fen) 。
2) 熔(rong)炼:将原(yuan)料(liao)置于(yu)坩埚内, 磁悬(xuan)浮熔炼 2～ 3次。
3) 制粉(fen):在有氩气保护的真空配料(liao)箱(xiang)内将合金(jin)锭(ding)粗碎, 然(ran)后球磨(mo) 。
4) 冷压(ya)成型(xing):用冷(leng)等静压技(ji)术(shu)将(jiang)纯净(jing)合(he)金(jin)粉(fen)料(liao)压制成(cheng)型 。
5) 烧结:将(jiang)装(zhuang)靶的(de)石英(ying)容器置于高(gao)温真(zhen)空烧(shao)结炉内(nei), 在(zai) 1 000℃以(yi)上保温(wen)烧结(jie) 5h, 然(ran)后(hou)炉(lu)冷 。
6) 封装(zhuang):在(zai)真(zhen)空箱内(nei)将靶材(cai)打(da)磨(mo), 抛光, 测尺寸, 称(cheng)质量(liang)后, 取(qu)出封装(zhuang)成型(xing) 。
3.2 .2 铟锡(xi)氧(yang)化物(wu)靶材( ITO)
铟(yin)锡(xi)氧(yang)化物(wu)薄(bao)膜(mo)具(ju)有(you)透明和(he)导(dao)电(dian)双重(zhong)优点(dian), 被广(guang)泛用(yong)于太阳(yang)能(neng)电(dian)池、触摸屏(ping)、液(ye)晶显示(shi)器(qi)和等(deng)离子(zi)显(xian)示(shi)器(qi)等(deng)领域。近年(nian)来(lai), 电(dian)子行(xing)业(ye)的迅(xun)速(su)发展(zhan)促(cu)进了铟锡氧(yang)化(hua)物(wu)靶材的(de)需求量(liang)逐(zhu)年大(da)幅(fu)增加。
铟锡氧(yang)化(hua)物(wu)靶(ba)材的(de)制备(bei)工(gong)艺(yi)相对(dui)较为复(fu)杂(za), 分为两部分(fen) :首(shou)先制成(cheng)氧(yang)化(hua)铟锡粉(fen)末, 然后(hou)再(zai)将(jiang)粉(fen)末(mo)烧结(jie)成靶(ba)材。
中南(nan)工(gong)业(ye)大(da)学(xue)于(yu) 1999 年提出了(le)如下(xia)制(zhi)备工(gong)艺:
1) 首先(xian)用(yong)化学(xue)方法(fa)制(zhi)成(cheng)铟(yin)锡氧(yang)化(hua)物化(hua)学(xue)复(fu)合粉(fen)末, 或者(zhe)将单(dan)体(ti)氧(yang)化铟粉(fen)末(mo)和单体(ti)氧化锡(xi)粉(fen)末(mo)按9:1 质(zhi)量比混合(he), 制(zhi)成(cheng)机械(xie)复合粉(fen)末 。粉末(mo)呈球(qiu)形(xing)或(huo)准(zhun) 球(qiu) 形, 平 均(jun) 粒(li) 径(jing) 为(wei) 30 ～ 200nm, 纯(chun) 度 为99.99%, 无硬(ying)团(tuan)聚(ju) 。
2) 将(jiang)复合(he)粉末在(zai) 1 350℃氧(yang)气氛中进行脱(tuo)氧处(chu)理(li) 。
3) 把(ba)复合粉末装(zhuang)入包套内(nei)进行冷等(deng)静(jing)压。冷(leng)等静(jing)压介质为(wei)油, 压力为 200～ 280MPa, 保压时(shi)间(jian)为(wei) 10min。获得(de)的粗坯密(mi)度为(wei)理(li)论密度(du)的45 %～55%。
4) 粗(cu)坯装入相(xiang)应尺寸(cun)的(de)容器(qi)内。容器与粗(cu)坯间(jian)隔(ge)以(yi)金属钽(tan)膜或镍膜或铌膜(mo)或(huo)铂膜(mo), 以(yi)阻止(zhi)它们(men)在高温(wen)高压下(xia)发生(sheng)反应(ying)。
5) 抽真空(kong), 封装有(you)粗(cu)坯(pi)的容(rong)器。
6) 将(jiang)上(shang)述(shu)容(rong)器(qi)放入热等(deng)静(jing)压(ya)炉(lu)中进(jin)行(xing)热等静压处理(li) 。热(re)等(deng)静压温度(du)为 1 100～ 1 300℃, 保(bao)温时间(jian)为(wei) 0.5～ 6h, 氩(ya)气氛压(ya)力为 100 ～ 120MPa 。
7) 热等(deng)静压(ya)后用稀(xi)硝酸(suan)酸(suan)洗去除碳(tan)钢容器(qi),剥离(li)金(jin)属(shu)箔隔(ge)层(ceng), 获(huo)得靶(ba)材(cai)。
8) 用线(xian)切割方(fang)法切割靶材, 获得所(suo)需尺(chi)寸(cun)的产(chan)品 。
冷(leng)等静压(ya)包(bao)套( 用橡(xiang)胶制(zhi)成) 和(he)热(re)等(deng)静压(ya)容器(qi)( 由碳(tan)钢(gang)制成(cheng), 为(wei)方拄形(xing)或(huo)圆(yuan)柱形(xing)) 是由(you)中(zhong)南工业大学根据靶(ba)材(cai)特(te)点而专门(men)设计。
采(cai)用(yong)该(gai)方(fang)法(fa)制(zhi)备(bei)的(de)铟锡氧(yang)化(hua)物(wu)靶材(cai)具(ju)有密(mi)度(du)高(gao)、纯度高 、尺(chi)寸(cun)大, 生(sheng)产(chan)效率高(gao)、成(cheng)本(ben)低等(deng)优(you)点。
北京市(shi)东(dong)燕郊(jiao)隧道(dao)局(ju)二处防(fang)疫站蒋(jiang)政等人于(yu)2001 年(nian)提(ti)出(chu)如(ru)下(xia) ITO 制(zhi)粉和(he)靶(ba)材制(zhi)备(bei)工(gong)艺(yi) 。
氧化铟锡粉末(mo)的制造(zao)工艺(yi) :
1) 将金(jin)属铟(yin)和金属锡(xi)用硫(liu)酸(suan)、硝(xiao)酸(suan)、盐(yan)酸中的(de)任一种溶解(jie)。混合(he)比例为氧化铟(yin)与氧(yang)化锡之(zhi)比(bi)为(wei) 9∶1。
2) 溶(rong)液混(hun)合(he)后, 配(pei)置成[ In 3 + ] 为 1 -3M 的(de)溶(rong)液。
3) 溶液中(zhong)加入浓(nong)度为(wei) 5%的(de)氨(an)水(shui)直(zhi)至(zhi)溶液的(de)PH 值达到(dao) 7 -7.5。
4) 将(jiang)生(sheng)成的(de)白(bai)色(se)沉(chen)淀(dian)经洗(xi)涤(di) 、过滤, 然后(hou)在(zai) 80-120℃烘(hong)干(gan)。
5) 最后在(zai) 500-800 ℃焙(bei)烧, 得(de)到 ITO 粉。
所获(huo)得的氧化铟(yin)锡粉末的 BET 比(bi)表(biao)面积在(zai) 25-40m2 /g 之间 。
氧化(hua)铟(yin)锡(xi)靶材(cai)的制(zhi)备(bei)工(gong)艺 :
1) 研磨 ITO 粉(fen)( 如(ru)球(qiu)磨) 。
2) 将研磨(mo)后(hou)的(de) ITO 粉放入(ru)石(shi)墨模(mo)具(ju)中。
3) 在(zai)真(zhen)空(kong)或(huo)惰(duo)性(xing)气体环境中(zhong), 800 ～ 960℃条(tiao)件下(xia), 加(jia)压烧(shao)结 1～ 2h, 压(ya)力(li)为 15～ 30MPa。
4) 加(jia)工研磨后(hou)得(de)到(dao)铟(yin)锡(xi)氧化物靶(ba)材(cai)。
为(wei)防(fang)止铟(yin)锡氧化物(wu)粉与石(shi)墨(mo)模具发生反(fan)应(ying), 在石(shi)墨(mo)模具内(nei)表面(mian)喷涂一层金属(shu)镍(nie)和(he)一(yi)层氧化(hua)铝, 每(mei)层(ceng)厚 300μm 。
株(zhu)洲(zhou)冶(ye)炼(lian)集团有(you)限(xian)责(ze)任(ren)公司(si)龚鸣明等人于(yu)2003 年也提出铟(yin)锡(xi)氧(yang)化物的(de)制备工(gong)艺, 如下
1) 制备(bei)铟(yin)锡(xi)混合盐(yan)溶(rong)液(ye) 。
2) 溶(rong)液的(de)均(jun)相共沉淀。添(tian)加剂为柠(ning)檬酸(suan)或酒石(shi)酸(suan), 加(jia)热(re)温度为 92 ℃。
3) 沉(chen)淀(dian)物的煅烧 。在(zai) 400 ～ 1 200℃, 22%～35%氧气浓(nong)度(du)下, 于隧道(dao)窑(yao)中煅烧 。
4) 铟锡(xi)氧化(hua)物(wu)预(yu)还(hai)原(yuan)脱(tuo)氧。脱(tuo)氧(yang)是(shi)在温(wen)度 300～ 600℃, 氢(qing)气流量(liang) 1 ～ 3m 3 /h, 反 应时(shi)间 15 ～60min, 脱(tuo)氧率控制(zhi) 6%～ 20 %的(de)管(guan)道炉中进行(xing) 。
5) 铟(yin)锡(xi)氧(yang)化物(wu)冷(leng)等(deng)静(jing)压二次成形(xing) 。将铟(yin)锡氧(yang)化(hua)物(wu)粉(fen)末, 在(zai)压(ya)力 80 ～ 120MPa, 保压时(shi)间(jian) 1～ 5min条件下(xia), 于冷等(deng)静(jing)压(ya)机(ji)中(zhong)预压(ya)成(cheng)粗坯, 再将(jiang)粗坯破碎(sui)成(cheng)粒(li), 在(zai)压(ya)力 150 ～ 200MPa、保(bao)压时间 5 ～ 10min条(tiao)件下, 于(yu)冷等静(jing)压机(ji)中压(ya)制(zhi)成(cheng)坯件。
6) 铟锡(xi)氧(yang)化(hua)物坯(pi)件的热等(deng)静压烧结 。热等静(jing)压是将(jiang)坯(pi)件置于(yu)具有隔离材(cai)料(liao)的包套中(zhong), 在(zai)热(re)等(deng)静(jing)压(ya)机中进行烧(shao)结。隔离(li)材料(liao)为(wei)氧(yang)化(hua)锆(gao)和(he)铜箔( 或氧化(hua)铝(lv)和铜箔(bo)) 等。
7) 将靶材(cai)脱(tuo)模(mo)。
8) 将靶(ba)材切割(ge)成(cheng)产品(pin) 。
3.2 .3 稀土过渡族金(jin)属合金靶材
稀(xi)土族指(zhi)重稀(xi)土族铽、镝(di)元素(su)中的至少(shao)一种元(yuan)素, 轻稀土族指(zhi)钕(nv) 、钐元(yuan)素中(zhong)的至少(shao)一种(zhong)元素, 过(guo)渡(du)族(zu)指铁(tie)、钴 、铬元素中的至(zhi)少(shao)一种元(yuan)素(su)。稀(xi)土过渡(du)族金属合(he)金(jin)靶材(cai)主要(yao)应用于磁光(guang)盘记录(lu)介质(zhi)。
熔(rong)炼(lian)稀土(tu)过(guo)渡族(zu)金属(shu)合(he)金(jin)材(cai)料(liao)的常用(yong)方法有电炉熔(rong)炼(lian)和(he)石英管真(zhen)空(kong)保护(hu)熔(rong)炼(lian)等。
电炉熔炼 :将(jiang)装(zhuang)有(you)合(he)金(jin)原料的坩(gan)锅放入(ru)熔炼(lian)电炉(lu)中, 再对坩锅(guo)和(he)炉膛(tang)抽真空(kong)或(huo)抽(chou)真(zhen)空后(hou)充(chong)入(ru)惰性气体(ti), 随后加(jia)热(re)熔(rong)化合(he)金(jin), 再(zai)将(jiang)合金熔液倒入浇(jiao)注模(mo)具(ju)中(zhong)。其(qi)缺(que)点(dian)是(shi) :易(yi)造(zao)成坩(gan)锅材料的(de)污(wu)染(ran), 及(ji)成(cheng)份(fen)和均匀(yun)性(xing)不易(yi)控(kong)制(zhi)。
石英管真(zhen)空保护(hu)熔炼(lian):将合金原(yuan)料(liao)放入石英管中(zhong)后(hou), 抽真空(kong)后密封(feng), 然(ran)后加热至(zhi)一(yi)定温度(du)将(jiang)合金熔(rong)化(hua) ;熔(rong)炼(lian)过程(cheng)中(zhong)需(xu)不断(duan)转动(dong)石(shi)英管(guan), 待(dai)冷(leng)却后打碎(sui)石英管(guan) 。其缺(que)点(dian)是(shi):成分难以均匀(yun)化, 成(cheng)本高(gao), 效(xiao)率(lv)低(di) 。
西南交通大学(xue)采(cai)用磁力搅拌(ban)悬浮熔(rong)炼和(he)粉(fen)末烧结技术(shu)制(zhi)备(bei)稀土(tu)过渡(du)族(zu)金(jin)属(shu)合(he)金(jin)靶(ba), 工艺如(ru)下(xia) :
1) 将稀土(tu)族(zu)和过渡(du)族(zu)金属原料或(huo)预(yu)先炼制(zhi)的中间合(he)金按设(she)计(ji)重(zhong)量(liang)称(cheng)好放(fang)入(ru)磁(ci)力搅拌(ban)悬浮(fu)熔炼(lian)炉(lu)的(de)水冷坩(gan)锅中(zhong)进(jin)行感(gan)应(ying)加热(re)悬(xuan)浮熔炼, 对坩(gan)锅(guo)抽(chou)真(zhen)空(kong), 再(zai)充入(ru) 99.5%纯(chun)度(du)的(de)氩(ya)气(qi)后(hou)进行熔炼(lian)。熔(rong)炼过(guo)程中(zhong)借(jie)助(zhu)磁场(chang)作用搅(jiao)拌熔(rong)体(ti), 使合金成份(fen)更(geng)加(jia)均(jun)匀。称(cheng)量稀(xi)土元(yuan)素时(shi)应(ying)考虑(lv)熔炼(lian)时(shi)的(de)烧损(sun)量 。
2) 在真(zhen)空(kong)环(huan)境下(xia)将合(he)金(jin)铸(zhu)锭(ding)粉(fen)碎, 然(ran)后放(fang)入(ru)球磨(mo)机中研磨, 获(huo)得(de)粒径在 0.5 ～ 400μm 之(zhi)间的合金(jin)粉末(mo)。
3) 将合(he)金(jin)粉(fen)末(mo)放(fang)入(ru)模具中(zhong)进行冷压成(cheng)型。
4) 对冷压成型体放(fang)入(ru)热等(deng)静压(ya)烧(shao)结炉(lu)中进(jin)行(xing)高温烧(shao)结, 烧(shao)结(jie)环境为(wei)真空(kong)或惰(duo)性气体 。用(yong)真(zhen)空电(dian)子(zi)束(shu)焊(han)接技(ji)术(shu)密封烧结包套(tao)。
5) 对烧结(jie)后(hou)的成型体进行机械加工。
6) 将(jiang)靶(ba)材进行(xing)真(zhen)空塑料(liao)封(feng)装(zhuang) 。
所使用(yong)的(de)靶材(cai)等静(jing)压成(cheng)型(xing)模(mo)具由(you)定位钢(gang)圈, 定(ding)位板(ban)和(he)橡胶压(ya)板组成(cheng), 并(bing)由螺(luo)栓(shuan)紧固(gu)密封。热(re)等(deng)静压(ya)烧(shao)结包(bao)套(tao)用真空电(dian)子束焊接(jie)密(mi)封, 可有效解决已有(you)技(ji)术(shu)中(zhong)合(he)金(jin)熔(rong)炼时(shi)的材料(liao)污染(ran) 、成(cheng)分均(jun)匀(yun)性(xing)不易控制等问题(ti), 提(ti)高(gao)了(le)效率(lv), 降低了成(cheng)本(ben)。
3.2.4 锌镓氧化物(wu)陶(tao)瓷(ci)靶(ba)材
清华大(da)学(xue)庄(zhuang)大(da)明(ming)等人(ren)提(ti)出(chu)的(de)锌(xin)镓(jia)氧化物(wu)陶瓷靶材制备(bei)工艺如下(xia):
1) 将(jiang) 93.8%( 质量百(bai)分(fen)比) 的氧化锌粉(fen)末(mo)和(he)2%～ 7 %的(de)氧化 镓粉(fen) 末(mo)混(hun)均 ( 粉末(mo) 纯(chun) 度均 为(wei)99.9 %) 。
2) 将混(hun)合(he)粉(fen)末(mo)冷压成(cheng)型(xing), 压(ya)力(li)为(wei) 2.5×10 6 N 。
3) 将(jiang)成(cheng)形的块(kuai)体(ti)在 1 000 ～ 1 700℃、常(chang)压 、常(chang)气氛(fen)下(xia)烧(shao)结(jie)成密(mi)度(du)为理论(lun)密(mi)度 96%的(de)块体(ti) 。
该(gai)制作(zuo)工(gong)艺(yi)相对(dui)简单 、经济(ji), 制(zhi)成的靶(ba)材成分均匀(yun), 性(xing)能稳(wen)定 。
3.2.5 铝(lv)合金溅(jian)镀(du)靶(ba)材(cai)
本(ben)文(wen)在铸造法(fa)一(yi)节中(zhong)介(jie)绍了用铸造(zao)法和(he)溅(jian)射(she)成形法(fa)制备(bei)铝(lv)合(he)金溅镀(du)靶材, 铸(zhu)造法(fa)的(de)缺点(dian)是(shi)靶材易(yi)发(fa)生(sheng)偏(pian)析现(xian)象(xiang), 影响溅镀(du)薄膜的质量(liang), 且溅(jian)镀靶(ba)表面易(yi)产生微(wei)颗粒(li), 影响薄(bao)膜性(xing)质的均(jun)匀(yun)性。溅(jian)射(she)成(cheng)形(xing)法(fa)虽(sui)然(ran)能(neng)避(bi)免(mian)铸造法(fa)的缺(que)点, 但工(gong)艺复(fu)杂(za), 制备(bei)成(cheng)本(ben)较高(gao), 质(zhi)量不(bu)易(yi)控(kong)制(zhi)。中(zhong)国台湾财团(tuan)法人(ren)工(gong)业(ye)技(ji)术研究院采(cai)用(yong)气(qi)喷(pen)粉(fen)末(mo)方法(fa)制备铝(lv)合金(jin)溅镀靶材, 能(neng)够避免材料(liao)偏(pian)析(xi)和微(wei)颗粒(li)现象(xiang), 生产效率(lv)高, 成(cheng)本(ben)较(jiao)低(di)。其制备工(gong)艺(yi)如(ru)下(xia):
1) 熔熔(rong)金属原(yuan)料(liao)。
2) 然(ran)后(hou)以(yi)气(qi)喷(pen)法(fa)将该金属(shu)熔液制成金(jin)属(shu)粉(fen)末(mo)。
3) 筛分合金(jin)粉, 获(huo)得(de)适当(dang)粒(li)径的(de)粉末。
4) 最(zui)后(hou), 以(yi)真空(kong)热(re)压法将(jiang)该筛分后的金(jin)属粉末成形, 制(zhi)成(cheng)铝(lv)合(he)金溅镀(du)靶材。热(re)压(ya)成形温(wen)度(du)为500 ～ 650℃, 时(shi)间为(wei) 80 ～ 100min, 压(ya)力(li)为(wei) 20 ～50MPa ;通(tong)入氩(ya)气作(zuo)为(wei)保护(hu)气体, 氢(qing)气作(zuo)为还原气(qi)体。
4、靶材(cai)的(de)研究(jiu)热点
近(jin)年来, 越来越多的国(guo)内(nei)外研(yan)究人(ren)员(yuan)通过(guo)向(xiang)基靶(ba)内(nei)添(tian)加稀(xi)土元素来改(gai)良靶(ba)材(cai)性(xing)能, 进而提高(gao)溅(jian)镀(du)薄(bao)膜(mo)的(de)综(zong)合性能(neng)。
Ag 金属(shu)膜具有(you)低(di)电(dian)阻 、高(gao)光(guang)反射(she)率等优点, 但(dan)其缺(que)点(dian)是(shi)对(dui)基板的(de)附着性(xing)低(di), 易产(chan)生应力变形(xing), 且(qie)耐(nai)热(re)性和耐(nai)腐蚀性均(jun)较低(di)。日立金(jin)属(shu)株式会社(she)在(zai)Ag 合金中(zhong)添加 Sm( 杉) 、Dy( 镝(di)) 、Tb( 铽(te)) 稀土(tu)元(yuan)素(su), 应(ying)用该 Ag 合(he)金靶材(cai)获得(de)了低电(dian)阻(zu) 、高(gao)反(fan)射(she)率、高(gao)耐热性 、耐环(huan)境性(xing), 高(gao)附着性(xing)的 Ag 合金膜 。
传统(tong)制(zhi)备(bei)金属(shu)膜(mo)或(huo)金(jin)属氧(yang)化(hua)膜(mo)电(dian)阻(zu)器的常用溅射靶(ba)材(cai)为 Cr-Ni-Si, Cr -Ni, Cr -Ni, Cr -SiO x系(xi)合金(jin)和(he)化(hua)合(he)物(wu), 但(dan)上述靶材的通(tong)用性较差(cha), 无法达到(dao)用(yong)一(yi)种溅(jian)射靶材能同时(shi)适合(he)于(yu)制备(bei)金(jin)属(shu)膜(mo)电阻(zu)器(qi)和(he)金属氧化(hua)膜(mo)电(dian)阻器, 致使(shi)工(gong)艺复杂, 生(sheng)产成(cheng)本(ben)高 。上(shang)海(hai)交通大学吴建(jian)生(sheng)等人(ren)通(tong)过向 CrNiSi 三元合金加入 0.1%～ 3 %的(de)镧(lan)系(xi)和锕(a)系(xi)稀(xi)土(tu)元素, 提(ti)
高(gao)了靶(ba)材的(de)通(tong)用(yong)性(xing) 、精(jing)密性(xing)和稳定性(xing)。
但添加(jia)稀土元(yuan)素(su)也带(dai)来了一些(xie)负面(mian)效应(ying), 如 :
1) 电阻增(zeng)大(da), 并且(qie)电阻值随(sui)着稀(xi)土(tu)含量(liang)的(de)增(zeng)加而(er)上升 。
2) 膜的平均(jun)反(fan)射(she)率下(xia)降。
由于不(bu)同(tong)种(zhong)类稀土元素对电阻(zu)值(zhi)和(he)反射(she)率(lv)的(de)影(ying)响(xiang)不(bu)同, 可(ke)通过优化(hua)稀土(tu)元素(su)来(lai)降低上述负(fu)面作(zuo)用(yong), 提(ti)高溅(jian)镀薄膜(mo)的整体性(xing)能。
5、 靶材的技(ji)术(shu)问题
当前(qian)溅射(she)靶(ba)材制备方面(mian)面(mian)临(lin)的(de)主(zhu)要技术(shu)问(wen)题(ti)是(shi):
1) 提高溅射(she)靶材(cai)利用率(lv)。
2) 在保证高密(mi)度(du)、高(gao)致密(mi)性(xing)、微(wei)观结(jie)构均(jun)匀条(tiao)件下(xia), 大(da)面(mian)积(ji)溅射(she)靶材(cai)制(zhi)作技术。
3) 提(ti)高(gao)溅镀靶(ba)材(cai)的致密度 。
4) 降(jiang)低靶(ba)材内晶粒(li)的尺(chi)寸 。
5) 提高溅射速率及溅射过(guo)程的(de)稳(wen)定性。
6、 国(guo)内靶(ba)材(cai)的(de)主要研(yan)究(jiu)单位及国(guo)内外主(zhu)要生(sheng)产(chan)商
国内(nei)靶(ba)材(cai)的主要(yao)研(yan)究单(dan)位(wei)及(ji)其(qi)研究(jiu)方向(xiang)见表2。对(dui)国内研究单位(wei)的(de)详(xiang)细(xi)掌(zhang)握, 可(ke)以(yi)寻求(qiu)恰(qia)当(dang)的技(ji)术(shu)合(he)作(zuo)伙(huo)伴(ban)。国(guo)内外主(zhu)要(yao)靶材(cai)生产商见(jian)表 3 和表(biao) 4。由(you)表(biao) 2 和表 4 可见, 我国(guo)大(da)学和研(yan)究所(suo)已(yi)经(jing)开发(fa)的(de)许多(duo)种(zhong)类靶材并(bing)没(mei)有(you)见(jian)诸于市场, 如(ru)北京(jing)工(gong)业大学研制的复(fu)合(he)梯(ti)度靶, 清华(hua)大学和(he)西南(nan)交通大学研制(zhi)的(de)铝掺杂氧(yang)化(hua)锌(xin)陶(tao)瓷靶材(cai)等, 即靶(ba)材(cai)产(chan)品(pin)研(yan)
发和(he)市场(chang)严重(zhong)脱(tuo)节 。
7、靶材(cai)专利(li)问题(ti)
目前靶(ba)材(cai)专利(li)不多(duo), 主(zhu)要为(wei)日(ri)本(ben)和(he)美国所(suo)有( 日本(ben)最多(duo)) , 欧洲(zhou)和(he)中国(guo)也(ye)有一些, 但数(shu)量(liang)较(jiao)少。
已(yi)公示靶(ba)材专利主(zhu)要集中(zhong)于(yu)保(bao)护靶材(cai)的(de)制备(bei)工(gong)艺,少量(liang)专(zhuan)利(li)保(bao)护(hu)靶(ba)材(cai)材(cai)料设计( 且(qie)主(zhu)要集中(zhong)于(yu)添(tian)加(jia)稀(xi)土(tu)元(yuan)素, 改(gai)良(liang)原有(you)基(ji)靶(ba)的性(xing)能(neng)) 。从中(zhong)国目前国(guo)情来(lai)看(kan), 制备工(gong)艺(yi)专(zhuan)利(li)仅具(ju)有(you)形式上(shang)的约束作(zuo)用, 而很难(nan)有(you)实质(zhi)性(xing)的制(zhi)约。因而, 靶(ba)材的(de)生(sheng)产(chan)不会(hui)出(chu)现(xian)无(wu)铅(qian)钎(qian)料(liao)面对(dui)的国外(wai)专利规避(bi)问(wen)题。
8、靶材(cai)的(de)发展趋(qu)势
靶材(cai)服(fu)务(wu)于溅镀薄膜, 单一(yi)的靶(ba)材(cai)研究毫(hao)无应用(yong)意义(yi)。为适(shi)应(ying)微(wei)电(dian)子(zi) 、信(xin)息等行(xing)业(ye)的发展需(xu)求,需要将靶(ba)材(cai)研(yan)究(jiu)和薄膜研究结合(he)起(qi)来(lai), 研(yan)究靶(ba)材(cai)成份(fen)、性(xing)能与(yu)溅射薄膜(mo)性(xing)能(neng)间的(de)关(guan)系(xi), 不(bu)断研(yan)发满足(zu)薄膜(mo)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)的(de)新型靶材(cai), 促进靶(ba)材产业迅速发展(zhan)。
纳米材料是(shi)未来材料领域的(de)主导(dao)产品(pin), 如(ru)何将靶(ba)材(cai)研(yan)究与(yu)纳(na)米(mi)科技相(xiang)结合(he), 研制出(chu)高(gao)性(xing)能靶材(cai),将是(shi)靶(ba)材研发(fa)的(de)主(zhu)要(yao)发(fa)展趋(qu)势(shi)。
相(xiang)关(guan)链(lian)接(jie)
