国内(nei)外(wai)钼铌(ni)合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)的研(yan)究(jiu)、制(zhi)备(bei)方法(fa)、应用

一(yi)、钼铌合金(jin)靶材(cai)的(de)研(yan)究(jiu)进(jin)展(zhan)

在(zai)电(dian)子(zi)行(xing)业中，为(wei)了(le)提高溅(jian)射(she)效(xiao)率(lv)和(he)确(que)保(bao)溅射(she)薄膜的质(zhi)量(liang)，要求(qiu) Mo-Nb溅射(she)靶(ba)材(cai)有(you)高(gao)纯(chun)度、高致(zhi)密度、晶(jing)粒(li)细(xi)小(xiao)及(ji)尺寸分(fen)布均(jun)匀(yun)、结晶(jing)取向一(yi)致等特性(xing)。刘等(deng) [58-59] 报(bao)道，Mo-Nb 合金(jin)靶材的纯(chun)度(du)越高，溅(jian)射薄(bao)膜(mo)的(de)性能(neng)越(yue)好。一(yi)般钼溅(jian)射靶(ba)材的(de)纯度(du)至(zhi)少(shao)需(xu)要(yao)达(da)到 99.95%（质(zhi)量(liang)分数(shu)），而(er)且随着 LCD 行业玻璃基板(ban)尺(chi)寸(cun)的(de)不断提(ti)高，要求配(pei)线(xian)的(de)长(zhang)度延长(zhang)、线(xian)宽变(bian)细(xi)，为(wei)了(le)保证(zheng)薄膜(mo)的均(jun)匀性(xing)以(yi)及薄(bao)膜(mo)的质量(liang)，要(yao)求(qiu)的钼溅(jian)射(she)靶材(cai)的(de)纯度(du)也相应提高。

肖(xiao)等 [60] 研(yan)究(jiu)表(biao)明溅射靶(ba)材作为(wei)溅射(she)中(zhong)的(de)阴(yin)极(ji)源，固(gu)体(ti)中(zhong)的(de)杂质(zhi)和气(qi)孔中的氧气和水气是(shi)沉(chen)积薄膜的(de)主要污染源(yuan)。此(ci)外(wai)，在电子行业(ye)中，由(you)于碱金属离子(zi)（Na + ，K + ）易(yi)在(zai)绝缘层(ceng)中成(cheng)为(wei)可(ke)移动(dong)性离(li)子(zi)，降低(di)元(yuan)器(qi)件(jian)性能；夏等 [61] 的研(yan)究表(biao)明在磁(ci)控溅(jian)射过程中(zhong)铀(you)和(he)钛等(deng)元素(su)会(hui)释(shi)放(fang)α射(she)线，

造(zao)成(cheng)器(qi)件产(chan)生软(ruan)击(ji)穿(chuan)，铁、镍(nie)离子会产(chan)生界面(mian)漏电(dian)及(ji)氧(yang)元(yuan)素增加等(deng)。因此(ci)，在 Mo-Nb 合(he)金靶(ba)材(cai)的制备过(guo)程(cheng)中(zhong)，需(xu)要(yao)严(yan)格(ge)控制(zhi)这(zhe)些(xie)杂质元(yuan)素，最(zui)大限(xian)度地(di)降低其(qi)在(zai)靶材中(zhong)的(de)含量(liang)。

钟等(deng) [62] 研(yan)究表明(ming)在(zai)溅射镀(du)膜的过程中，致(zhi)密(mi)度较(jiao)小(xiao)的(de)溅射(she)靶材(cai)受轰击时，由于靶(ba)材内(nei)部存(cun)在孔(kong)隙，突(tu)然释(shi)放(fang)的气(qi)体会(hui)对沉积颗粒(li)造成(cheng)影响(xiang)，或(huo)对沉(chen)积薄膜(mo)造成二(er)次电子轰击(ji)。这(zhe)种(zhong)情(qing)况大(da)大(da)影(ying)响(xiang)了薄膜的品(pin)质(zhi)。为(wei)了减(jian)少靶材固(gu)体中的(de)孔(kong)隙以提(ti)高薄膜(mo)性能(neng)，所(suo)以要(yao)求(qiu)提(ti)高溅射(she)靶材的致密(mi)度。李等 [63-64] 报道，对 Mo-Nb 合金溅(jian)射靶材(cai)而言，其(qi)相(xiang)对致(zhi)密度应(ying)该在(zai) 98%以上(shang)。

王(wang)等 [65-66] 报(bao)道，通(tong)常 Mo-Nb 合(he)金溅射(she)靶(ba)材的晶(jing)粒大(da)小(xiao)一(yi)般(ban)为(wei)微(wei)米到毫(hao)米量级。刘(liu)等 [67] 试验研(yan)究表明(ming)，靶(ba)材晶粒(li)越(yue)细(xi)小其溅(jian)射的(de)速(su)率(lv)越(yue)大(da)，这是(shi)由(you)于晶界处的原(yuan)子激活(huo)能(neng)低，受(shou)到轰(hong)击(ji)时(shi)优先溅射沉(chen)积，而(er)且尺寸(cun)分(fen)布(bu)均(jun)一的溅射(she)靶(ba)材，其溅射(she)薄膜的(de)厚(hou)度(du)分布也(ye)比较均匀。

侯等 [68] 在研究(jiu)中(zhong)表明(ming)由于(yu)溅(jian)射时(shi)靶材(cai)原(yuan)子(zi)容(rong)易从原(yuan)子密排(pai)面溅射出(chu)来，因此为提(ti)高溅射(she)速(su)率(lv)，通常把靶材结构(gou)改(gai)变(bian)为沿密排(pai)晶面择优(you)取向。俞等 [69] 研(yan)究(jiu)结(jie)果(guo)表(biao)明(ming) Mo-Nb 合(he)金(jin)靶材(cai)一般沿(yan)（110）晶面择(ze)优取向(xiang)。此(ci)外(wai)，靶(ba)材的(de)结晶方(fang)向对溅(jian)射(she)膜层的厚(hou)度均(jun)匀(yun)性(xing)影(ying)响也较(jiao)大(da)，所以为(wei)了(le)提高(gao)薄膜的(de)溅射速(su)率(lv)需(xu)要取(qu)得一定(ding)结晶(jing)取向的靶(ba)材结构(gou)。

二(er)、钼铌的制备(bei)方(fang)法

关于(yu)Mo-Nb合金靶材的(de)制(zhi)备方(fang)法，目(mu)前主要(yao)是(shi)采用(yong)熔炼铸(zhu)造(zao)法、湿氢(qing)烧结(jie)法(fa)和热等静压（HIP），在 Mo-Nb 合金(jin)靶(ba)材(cai)的(de)制(zhi)备过程中(zhong)，不仅要(yao)严格控(kong)制(zhi) Mo-Nb 合(he)金(jin)靶(ba)材的纯度、致(zhi)密(mi)度(du)以(yi)及(ji)结(jie)晶(jing)取(qu)向，还(hai)需(xu)保(bao)证(zheng)热处(chu)理(li)工艺(yi)条(tiao)件(jian)、后续(xu)成(cheng)型(xing)加(jia)工(gong)过程来控(kong)制靶(ba)材(cai)的(de)质量。

（1）熔炼(lian)铸(zhu)造(zao)法

熔炼铸造(zao)法是通(tong)过(guo)将(jiang)一定(ding)比(bi)例(li)的(de) Mo-Nb 合(he)金熔(rong)融(rong)之后(hou)在(zai)模具(ju)中形成铸(zhu)锭，再将铸锭(ding)机械(xie)加(jia)工和(he)轧制(zhi)处理，用来改(gai)善 Mo-Nb 合(he)金靶材(cai)的致密(mi)度(du)和(he)晶(jing)粒(li)尺寸(cun)。其(qi)在(zai)制备(bei)过(guo)程(cheng)中，为了(le)保证(zheng)铸锭(ding)中杂(za)质(zhi)元素(su)含(han)量低(di)，需要(yao)整(zheng)个(ge)过(guo)程(cheng)在真(zhen)空或保护(hu)性(xing)气氛(fen)下进行(xing)。相(xiang)比于(yu)粉(fen)末冶金(jin)法生产(chan)的(de)Mo-Nb 合(he)金(jin)靶(ba)材，其靶(ba)材(cai)杂质含量低(di)、致密度(du)高。但实际铸(zhu)造制(zhi)备的 Mo-Nb 合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)中(zhong)难以(yi)避免材料(liao)内部的孔隙，这(zhe)些孔(kong)隙容(rong)易造(zao)成(cheng)溅(jian)射(she)中微(wei)粒的飞溅(jian)，其(qi)对(dui)溅射(she)薄膜质(zhi)量有一(yi)定(ding)的影响 [70] 。

（2）湿氢烧结法(fa)

湿氢(qing)烧结法(fa)是将(jiang)一定(ding)比(bi)例的(de) Mo-Nb 混合粉(fen)末成(cheng)型压(ya)坯(pi)，再(zai)将压坯(pi)放(fang)入(ru)烧(shao)结(jie)炉(lu)中烧(shao)结(jie)致密(mi)化(hua)的(de)一种方法(fa) [71] 。烧(shao)结过(guo)程中(zhong)通(tong)入氢(qing)气(qi)进行(xing)保(bao)护(hu)，其(qi)烧结(jie)温(wen)度(du)为(wei) 2000~2200℃，约为其(qi)熔(rong)点(dian)的 70%。

通过(guo)该(gai)方法制备的 Mo-Nb 合(he)金靶(ba)材杂(za)质含(han)量低、晶粒(li)分(fen)布(bu)均匀(yun)，但面临(lin)致(zhi)密(mi)度(du)低(di)的问题。

（3）热等静压法

热(re)等(deng)静压法(fa)是把混合均(jun)匀(yun)的(de) Mo 粉和 Nb 粉装(zhuang)入特制的钼包(bao)套(tao)内置于热(re)等静(jing)压(ya)机(ji)的(de)高压容(rong)器(qi)中，在高(gao)温和高(gao)压环(huan)境下(xia)使得 Mo-Nb 合金(jin)烧结致(zhi)密化的(de)过程(cheng)。该(gai)方法获(huo)得的(de) Mo-Nb 合金靶材晶(jing)粒均匀细小(xiao)，消除了(le)靶材内(nei)部(bu)颗粒(li)间(jian)的缺(que)陷(xian)和(he)孔(kong)隙，提高(gao)了其致密度(du)，而(er)且(qie)降低(di)了(le)烧(shao)结温(wen)度 [72] 。

但(dan)是其对设备要求(qiu)高(gao)，而(er)且(qie)其生(sheng)产(chan)成本也高。

三、钼(mu)铌合金靶材(cai)的(de)应用

通过(guo)粉(fen)末(mo)冶金(jin)的方(fang)法制备的 Mo-Nb 合(he)金(jin)靶(ba)材后(hou)期需要(yao)经过(guo)不同的处理(li)（锻造(zao)、轧制(zhi)和(he)挤(ji)压(ya)）来获(huo)得(de)不(bu)同(tong)性能(neng)的(de) Mo-Nb 合(he)金(jin)靶(ba)材。

锻造Mo-Nb合金(jin)靶材(cai)主要用于(yu)CT靶的制(zhi)造(zao)。碟(die)形Mo-Nb合(he)金靶(ba)主要作(zuo)为X射线(xian)管(guan)的旋(xuan)转(zhuan)阳极。

因(yin)为(wei)它(ta)的使(shi)用(yong)环境(jing)在(zai)是(shi)高真空(kong)、高速度(du)旋转和(he)高温(wen)的条(tiao)件下，需(xu)要(yao)经受(shou)高(gao)压电子的(de)轰(hong)击，所(suo)以(yi)对靶(ba)面(mian)不(bu)仅要求有(you)良好(hao)电(dian)特(te)性，而(er)且得具(ju)备良(liang)好的高温(wen)强度(du)、抗(kang)冲击性能(neng)和耐热(re)性(xing)能(neng)[73]，并要求无(wu)气孔(kong)存(cun)在(zai)，以(yi)免(mian)射(she)线(xian)发(fa)生折射(she)和散(san)射(she)，影响(xiang)CT机成(cheng)像(xiang)的清晰度(du)和(he)准(zhun)确(que)度(du)。为(wei)此，在(zai)制造(zao)Mo-Nb合(he)金靶材时(shi)，对其致密(mi)度要(yao)求(qiu)较高(gao)。

轧制(zhi)Mo-Nb合金(jin)靶(ba)材(cai)材主(zhu)要用(yong)于(yu)平面(mian)显(xian)示(shi)器行业中(zhong)的(de)TFT-LCD（Thin film transistor- Liquidcrystal display）领域 [74] 。由于(yu)Mo具有(you)优良的电导(dao)性和热(re)稳(wen)定(ding)性，使得(de)其(qi)被(bei)用(yong)作TFT制(zhi)造中(zhong)的(de)电(dian)极(ji)、布线材(cai)料(liao)和(he)阻(zu)挡(dang)层材(cai)料。

与(yu)平面(mian) Mo-Nb 合(he)金(jin)靶材(cai)相比(bi)，旋(xuan)转 Mo-Nb 合(he)金靶结(jie)构具有(you)其实(shi)质(zhi)性优(you)点(dian)，旋转靶的(de)利用率(lv)远高(gao)于(yu)平面靶(ba)，旋(xuan)转(zhuan)靶(ba)如图(tu) 1-4 所示 [75] 。 靶的(de)寿命即(ji)为(wei)溅射功率乘以(yi)溅射(she)时(shi)间(jian)。 从(cong)平面(mian)靶材(cai)到(dao)旋(xuan)转(zhuan)靶(ba)材(cai)几(ji)何(he)结(jie)构(gou)和设(she)计(ji)的(de)改变(bian)使(shi)得靶(ba)材的(de)利(li)用率(lv)从 20％到(dao) 30％增(zeng)加到 80％。此外，旋(xuan)转靶(ba)材(cai)的(de)寿(shou)命(ming)一般是(shi)平(ping)面(mian)靶材的(de) 5 倍。 而(er)且由于旋(xuan)转靶(ba)在溅射(she)过(guo)程中(zhong)会(hui)不停(ting)地旋转(zhuan)，因此其(qi)表(biao)面(mian)不产(chan)生(sheng)重(zhong)沉(chen)积现(xian)象 [76] 。

参(can)考(kao)文献：

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