靶材主(zhu)要(yao)应用(yong)于电子及信息(xi)产业(ye)，如(ru)集(ji)成电(dian)路(lu)、信(xin)息(xi)存储、液晶(jing)显(xian)示屏(ping)、太阳(yang)能电(dian)池、电子控制(zhi)器件等(deng)领(ling)域(yu)。随着(zhe)集成电路、太(tai)阳(yang)能和(he)平面显(xian)示器产(chan)业的(de)发(fa)展，靶(ba)材(cai)的(de)种(zhong)类(lei)和市(shi)场(chang)规(gui)模日益(yi)扩(kuo)大(da)，并已发(fa)展(zhan)成(cheng)为一个(ge)专(zhuan)业化产业。目(mu)前，随(sui)着(zhe)我(wo)国对靶材(cai)研发的(de)投(tou)入(ru)，某些领域(yu)国产(chan)靶(ba)材已(yi)取(qu)得(de)很(hen)大(da)进(jin)步(bu)并(bing)逐渐取(qu)代(dai)进(jin)口(kou)靶(ba)材(cai)，打破(po)了(le)靶材主(zhu)要由(you)日(ri)本(ben)、美国和德(de)国垄断的(de)局面(mian)。但(dan)是(shi)，在某(mou)些粉(fen)末冶(ye)金(jin)靶材领(ling)域(yu)内(nei)国产靶材(cai)还(hai)有差距(ju)。
目(mu)前(qian)，采(cai)用粉(fen)末冶金方(fang)法(fa)制(zhi)备的靶(ba)材主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)：(1)难(nan)熔金(jin)属及合金溅射(she)靶材。此类(lei)金属(shu)由于熔(rong)点高且(qie)不易(yi)机械变形(xing)，采用熔铸法生(sheng)产(chan)困(kun)难(nan)。(2)熔点(dian)差别(bie)大的(de)二元或(huo)多(duo)元(yuan)合(he)金溅射(she)靶材(cai)。由于(yu)熔(rong)点(dian)差别(bie)大(da)，无(wu)法(fa)得(de)到成分均(jun)匀的铸锭(ding)，因(yin)此(ci)可以采用粉(fen)末(mo)冶(ye)金方(fang)法(fa)。(3)陶瓷类(lei)溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)。宝(bao)鸡锆(gao)靶(ba)厂家，结合(he)相关资料，着重对粉(fen)末(mo)冶(ye)金靶(ba)材(cai)的制备方(fang)法、控制(zhi)及(ji)其(qi)应用(yong)领(ling)域进行(xing)探讨。
粉(fen)末(mo)冶金(jin)靶(ba)材的制(zhi)备方法
常(chang)用(yong)的粉(fen)末(mo)冶金(jin)工(gong)艺包括无(wu)压烧(shao)结、热压(ya)(HP)、真空热压和(he)热(re)等(deng)静压(ya)(HIP)等(deng)。除此之外(wai)，还(hai)有(you)放电等离子烧(shao)结法(fa)(SPS)、及爆炸法(fa)等。
1、烧结法
烧结方法的优(you)势在于(yu)可以制备(bei)大尺(chi)寸靶(ba)材(cai)，但(dan)通常致(zhi)密度(du)不高(gao)，为了(le)提(ti)高(gao)密度需(xu)要提高烧(shao)结(jie)的时(shi)间，或者(zhe)在烧(shao)结(jie)后再(zai)进行(xing)轧(ya)制(zhi)。粉(fen)末烧(shao)结合金(jin)成(cheng)分均(jun)匀(yun)，但(dan)又存(cun)在(zai)杂(za)质含(han)量(liang)高等(deng)问(wen)题(ti)，要(yao)选(xuan)择(ze)可以在(zai)烧(shao)结(jie)过程中可完全除(chu)去的粘结剂。采(cai)用烧结(jie)法制(zhi)备的(de)靶材(cai)有W、Mo等难熔(rong)金属(shu)， 氧(yang)化铟(yin)锡、氧(yang)化锌铝(lv)等(deng)陶(tao)瓷(ci)靶材，以(yi)及某些合(he)金(jin)靶(ba)材(cai)。
烧结(jie)方法的(de)制(zhi)备流程主(zhu)要为：(1)根(gen)据靶(ba)材(cai)成分对(dui)原(yuan)材(cai)料处(chu)理(li)及(ji)配料。(2)制(zhi)粉(fen)。在有(you)氩(ya)气(qi)保(bao)护(hu)的(de)真(zhen)空(kong)配料(liao)箱内(nei)将(jiang)合金(jin)锭(ding)粗碎(sui)，然后(hou)球(qiu)磨。(3)成型。成型方法有(you)注(zhu)浆(jiang)成(cheng)型(xing)和冷等静(jing)压两(liang)种技(ji)术，注浆(jiang)成型(xing)相(xiang)比冷(leng)等静(jing)压具(ju)有均(jun)匀性好的(de)特点(dian)，而冷等静压(ya)使(shi)后续致密(mi)化更加容易。(4)毛(mao)坯(pi)成(cheng)型(xing)后首先(xian)放(fang)人(ren)脱(tuo)脂炉(lu)进行(xing)脱(tuo)脂(zhi)。(5)烧(shao)结(jie)。将靶(ba)坯置(zhi)于高(gao)温(wen)真(zhen)空烧(shao)结炉内(nei)烧结(jie)，然(ran)后(hou)炉冷。(6)对(dui)于难(nan)熔(rong)金属，如W、Mo等由(you)于烧结很难达(da)到(dao)完(wan)全致密，因此后(hou)续还需要进行(xing)热(re)轧来提(ti)高靶材密(mi)度(du)。
2、热压(ya)法
热(re)压(ya)法是制(zhi)备(bei)粉末(mo)冶(ye)金靶材(cai)常用的方(fang)法(fa)，该(gai)方法(fa)的(de)优点(dian)在于(yu)工艺简单，致(zhi)密(mi)度(du)高(gao)。但是(shi)这(zhe)种(zhong)方法也存在(zai)一(yi)定的(de)缺点(dian)，由(you)于通常(chang)只是单(dan)向加(jia)压，靶材不能(neng)完(wan)全致密(mi)，并(bing)且(qie)制备的(de)靶材尺(chi)寸较(jiao)小(xiao)和生产效率(lv)低(di)。为(wei)了保证靶材具(ju)有(you)较(jiao)高的纯度(du)，热压(ya)方法制备(bei)过程中(zhong)不需(xu)要(yao)添(tian)加任何(he)成型剂，直(zhi)接将(jiang)高(gao)纯金(jin)属(shu)粉末装入(ru)石(shi)墨(mo)模(mo)具(ju)。
热(re)压(ya)方法(fa)的(de)制备流程(cheng)通(tong)常为：(1)将装入粉(fen)末(mo)的模具(ju)置于(yu)真空(kong)热(re)压炉。(2)升温过程可分为两阶段(duan)：第(di)一(yi)阶(jie)段(duan)采(cai)用快(kuai)速升温，并在升(sheng)温(wen)开始(shi)施加初始(shi)压(ya)力，在(zai)第(di)一(yi)阶段粉体尺(chi)寸(cun)基本保持不变，粉(fen)末(mo)吸附(fu)的(de)气体(ti)和(he)水分(fen)逐渐挥(hui)发；第(di)二阶(jie)段为慢速升温，慢速(su)升(sheng)温是为(wei)了降(jiang)低粉体(ti)内(nei)表(biao)层(ceng)和心(xin)部温度梯度(du)，提(ti)高粉体(ti)内部温度的均(jun)匀性(xing)，进而(er)提高(gao)靶材(cai)内(nei)部(bu)微观(guan)结(jie)构的(de)均(jun)匀(yun)性(xing)。保(bao)温一定(ding)时(shi)间，混(hun)合(he)粉(fen)经(jing)热压烧(shao)结后(hou)的(de)成型(xing)体即为合金靶材(cai)。(3)烧结(jie)结(jie)束(shu)后(hou)样品(pin)随炉(lu)冷(leng)却(que)降(jiang)温。降温过程(cheng)应控制降(jiang)温(wen)速(su)度，过(guo)快(kuai)的降温速(su)度会(hui)导(dao)致靶材(cai)内存(cun)在残(can)余(yu)应(ying)力，甚(shen)至可(ke)能(neng)会(hui)引起(qi)靶材的(de)碎(sui)裂(lie)，温度降低到(dao)500℃ 以(yi)下后出(chu)炉。
与(yu)传统热(re)压(ya)法(fa)相(xiang)类似的(de)还(hai)有放电(dian)等(deng)离(li)子烧结(jie)(SPS)的(de)方(fang)法，该方(fang)法是通(tong)过(guo)脉(mai)；中(zhong)直(zhi)流加(jia)热同时(shi)加(jia)压使金(jin)属粉(fen)末快(kuai)速致密(mi)化，这(zhe)种(zhong)方法具(ju)有快速(su)成型(xing)的(de)特点(dian)，同(tong)时(shi)运行(xing)成本低，生(sheng)产(chan)效率高，具有“近净尺(chi)寸(cun)”生(sheng)产(chan)的(de)优点，但(dan)是设备造(zao)价(jia)昂(ang)贵(gui)。
3、热(re)等静压(ya)法
热(re)等(deng)静压法(fa)是(shi)制(zhi)备(bei)粉末冶金(jin)靶材最(zui)有效(xiao)的方(fang)法(fa)，这(zhe)是由于(yu)热等(deng)静(jing)压(ya)可(ke)以对粉(fen)体均(jun)匀(yun)施(shi)压，使(shi)之(zhi)具(ju)有(you)很高的致密度(du)，并且通(tong)常制(zhi)备(bei)温(wen)度(du)低，晶粒(li)细小。该(gai)方(fang)法(fa)制备(bei)的(de)靶(ba)材还具有(you)纯(chun)度高、尺寸大(da)，生产(chan)效(xiao)率(lv)高、成(cheng)本低等优(you)点(dian)。热等(deng)静压(ya)法(fa)可(ke)生(sheng)产多(duo)种靶(ba)材(cai)，主(zhu)要为(wei)难熔(rong)金(jin)属及合(he)金(jin)、多元合金，也(ye)包(bao)括不容(rong)易(yi)失氧的陶(tao)瓷靶(ba)材(cai)。
热等静(jing)压通(tong)常的制备流程为(wei)：(1)首先(xian)将粉(fen)末或预制粉(fen)体(ti)装(zhuang)入包套(tao)，装粉过程(cheng)中可采用(yong)振动(dong)方法提高粉末的(de)压实密(mi)度(du)，在包(bao)套(tao)与粗(cu)坯(pi)间(jian)隔以(yi)保(bao)护(hu)膜，以(yi)阻(zu)止(zhi)它们在高温高压下(xia)发(fa)生(sheng)反(fan)应(ying)。(2)高温下(xia)抽真空(kong)，封(feng)装有粗坯(pi)的包套(tao)。(3)将(jiang)上述包(bao)套放(fang)人热(re)等静(jing)压炉(lu)中进行热等静(jing)压(ya)处(chu)理(li)。热等静压(ya)温(wen)度(du)视(shi)材料而定(ding)，保(bao)温时间(jian)通常为(wei)O．5～6h，通(tong)常采(cai)用氩(ya)气(qi)加(jia)压。(4)热等静(jing)压后(hou)用(yong)稀硝(xiao)酸酸(suan)洗(xi)去(qu)除(chu)碳(tan)钢容器(qi)，剥(bo)离金(jin)属箔隔层(ceng)，获(huo)得靶材。(5)用(yong)线(xian)切(qie)割或(huo)水(shui)刀(dao)方(fang)法切(qie)割靶(ba)材，获得所(suo)需(xu)尺寸(cun)的产品(pin)。
粉(fen)末冶金(jin)靶材的特性
粉末(mo)冶(ye)金(jin)靶材(cai)的(de)制备，需根(gen)据材料(liao)的种(zhong)类(lei)选(xuan)择(ze)适当的(de)粉末冶(ye)金的制备(bei)方法和工(gong)艺(yi)，并从(cong)产品的(de)纯度、密度(du)、晶粒(li)度(du)和均匀(yun)性(xing)等(deng)多方(fang)面(mian)进行(xing)控(kong)制(zhi)。
1、纯度
靶(ba)材(cai)的(de)纯度对(dui)溅射(she)薄膜(mo)的(de)性能和质(zhi)量(liang)具(ju)有(you)很大(da)的(de)影响(xiang)。通(tong)常(chang)，靶(ba)材(cai)的(de)纯度越(yue)高，溅射(she)薄膜(mo)的性(xing)能越(yue)好。采用粉(fen)末(mo)冶(ye)金(jin)方法制(zhi)备(bei)靶(ba)材(cai)，粉(fen)末(mo)原(yuan)材料的(de)纯(chun)度(du)至关(guan)重(zhong)要(yao)。特别是氧含(han)量的(de)控制，通(tong)常(chang)粉(fen)末(mo)越(yue)细氧含(han)量越难(nan)控制(zhi)，对于(yu)氧含(han)量要求较高(gao)的(de)靶材(cai)，可以(yi)适(shi)当选(xuan)择粒径大(da)的粉末(mo)。
2、密度
粉末冶(ye)金(jin)靶材(cai)的致(zhi)密(mi)度(du)对溅射(she)薄(bao)膜(mo)的性能具有重要的影响(xiang)。通(tong)常粉末(mo)冶(ye)金(jin)法制备的靶(ba)材(cai)，极(ji)有可能含有一定数量(liang)的气(qi)孔(kong)，它(ta)们(men)的(de)存(cun)在(zai)会(hui)导致溅射时(shi)产生(sheng)不(bu)正常放电，而产生(sheng)杂(za)质(zhi)粒子(zi)。高(gao)端靶材(cai)的密(mi)度通(tong)常要达到理论(lun)密(mi)度的(de)99％ 以(yi)上(shang)。提(ti)高(gao)靶(ba)材的(de)密(mi)度可从多(duo)方面进(jin)行，如改(gai)善粉末的颗粒(li)分(fen)布、选(xuan)择(ze)合理的(de)填(tian)粉(fen)工(gong)艺(yi)，以(yi)及(ji)选(xuan)择恰当(dang)的(de)制(zhi)备(bei)方(fang)法(fa)与(yu)工艺参数(shu)等(deng)。
3、晶(jing)粒度(du)
由(you)于晶(jing)界(jie)通常成(cheng)为优(you)先溅射(she)的位(wei)置(zhi)，因此(ci)通常(chang)细(xi)小(xiao)尺(chi)寸(cun)靶材的溅(jian)射(she)速(su)率(lv)要比(bi)粗晶粒(li)的快(kuai)。粉(fen)末冶金(jin)靶(ba)材(cai)主(zhu)要通过粉(fen)末粒径和工艺(yi)参数(shu)来控制晶(jing)粒度(du)。
4、均匀(yun)性(xing)
靶(ba)材(cai)晶粒的均(jun)匀性(xing)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，因为这影响(xiang)到沉(chen)积薄(bao)膜厚(hou)度(du)分(fen)布(bu)的(de)均(jun)匀(yun)性。粉末(mo)冶金制备(bei)靶(ba)材(cai)的均(jun)匀(yun)性(xing)主要(yao)受(shou)到(dao)原(yuan)材料的(de)影响，要粉(fen)末颗(ke)粒(li)分(fen)布(bu)均匀，可(ke)以通(tong)过(guo)合理(li)的混(hun)粉工(gong)艺进行(xing)改(gai)善。靶材(cai)的(de)均(jun)匀(yun)性还(hai)体现在密(mi)度(du)的均匀性，当密度不(bu)均(jun)匀(yun)时(shi)也(ye)会影响到(dao)溅射薄(bao)膜的(de)不(bu)均(jun)匀(yun)，甚至(zhi)会使靶(ba)材(cai)溅射(she)时由(you)于(yu)密(mi)度不均(jun)匀引起(qi)内(nei)应力(li)最终(zhong)导致(zhi)碎(sui)裂。
粉(fen)末冶金(jin)靶材(cai)的应(ying)用
利(li)用(yong)粉(fen)末(mo)冶(ye)金制(zhi)备的靶(ba)材(cai)主要(yao)应(ying)用到集成(cheng)电路(lu)、信(xin)息存(cun)储(chu)、液(ye)晶(jing)显(xian)示(shi)屏及(ji)太(tai)阳能(neng)电池(chi)等(deng)领域，下(xia)面(mian)对几(ji)个主要(yao)领域(yu)进行(xing)简(jian)要阐(chan)述。
1、半导体(ti)集(ji)成(cheng)电(dian)路(lu)用靶(ba)材
半导体(ti)领(ling)域(yu)使(shi)用的靶(ba)材主要包括(kuo)电(dian)极布线膜(mo)用靶(ba)材、阻(zu)挡膜用(yong)靶材、粘(zhan)附膜(mo)用(yong)靶(ba)材、欧姆(mu)接(jie)触膜(mo)用靶材和(he)电(dian)阻(zu)膜(mo)用(yong)靶材(cai)。通(tong)常，阻(zu)挡膜(mo)用(yong)靶(ba)材主要(yao)是W、MO等(deng)难(nan)熔金属和难熔(rong)金属(shu)硅化(hua)物。
粘附(fu)膜(mo)用(yong)靶材(cai)主(zhu)要有(you)Ti、W 等。对(dui)于电(dian)阻(zu)膜用靶(ba)材，主要(yao)为以下几(ji)类(lei)：(1)Ni-Cr系合(he)金及(ji)改性(xing)的Ni-Cr系合(he)金。(2)Cr_si系(xi)。(3)Cr—Sio2系(xi)，此(ci)外(wai)还有MO—Si、W—Si等。Cr、W 和MO的(de)熔(rong)点高，已(yi)超(chao)过一(yi)般真(zhen)空感(gan)应炉设备(bei)的(de)极(ji)限(xian)温(wen)度(du)。Si是一(yi)种(zhong)非金属(shu)半导(dao)体(ti)元(yuan)素，熔点(dian)低(1400℃ 左(zuo)右(you))，真(zhen)空(kong)感应炉不能(neng)感(gan)应(ying)，且一(yi)般(ban)含(han)量较(jiao)高，对(dui)于(yu)用(yong)真(zhen)空(kong)熔(rong)炼方(fang)法(fa)来进行(xing)制(zhi)备(bei)靶(ba)材，有(you)极(ji)大的(de)难(nan)度(du)。因此，要(yao)制(zhi)备(bei)这(zhe)种难(nan)熔(rong)金属及合(he)金，最(zui)通(tong)常(chang)的(de)方(fang)法(fa)就是(shi)用粉(fen)末冶炼方(fang)法。
2、记录介(jie)质用(yong)溅(jian)射(she)靶材
在(zai)磁(ci)记(ji)录、光记(ji)录(lu)中使(shi)用(yong)的(de)金(jin)属、合金靶(ba)材主(zhu)要(yao)用(yong)真(zhen)空熔炼(lian)法(fa)制(zhi)造，此(ci)外(wai)，有的(de)三(san)元或(huo)四元(yuan)合金(jin)靶，其合金(jin)化(hua)难度(du)较大(da)，需(xu)多次熔炼或用(yong)粉末成形法制造，有(you)的(de)靶(ba)材是(shi)以(yi)熔炼法和粉(fen)末(mo)成(cheng)形法(fa)相(xiang)结(jie)合(he)经(jing)多道工序加工(gong)出(chu)来(lai)的。光磁盘(pan)领域使用(yong)的(de)过(guo)渡族金(jin)属(shu)(TM)一(yi)稀土(tu)金属(RE)合(he)金(jin)靶(ba)材制(zhi)造难(nan)度较大，因(yin)为(wei)这种(zhong)合(he)金粉末容易(yi)氧化(hua)而变脆。对(dui)于(yu)多元铁电(dian)存储(chu)材(cai)料(liao)FeCoTaCr，用于(yu)中间层的(de)贵金(jin)属Ru靶，还(hai)有相(xiang)变(bian)存(cun)储材料(liao)，如PZT、LaSrCOO和GeTeSb等陶(tao)瓷(ci)类(lei)溅(jian)射(she)靶(ba)材通(tong)常(chang)也(ye)采用(yong)粉(fen)末(mo)冶金(jin)的方法制(zhi)备(bei)。
3、显示(shi)器(qi)溅射靶(ba)材(cai)
显(xian)示器产业主(zhu)要(yao)分布(bu)在(zai)日本、韩国(guo)和中(zhong)国台湾地(di)区(qu)，近几(ji)年国(guo)内的北京、合肥(fei)、深(shen)圳(zhen)、南(nan)京等多地都在(zai)投资建(jian)设平板显(xian)示器(qi)(FPD)高(gao)代(dai)生(sheng)产线(xian)，其(qi)产(chan)能(neng)爆炸式(shi)增(zeng)长，使(shi)得相(xiang)关(guan)溅射(she)靶材市(shi)场需求的(de)强(qiang)劲(jin)增(zeng)长。除了(le)TFT—LCD应(ying)用(yong)了(le)氧(yang)化铟锡导(dao)电薄膜外，诸如(ru)TN—LCD、STN—LCD、PDP等(deng)各(ge)种FPD中均(jun)采(cai)用了氧(yang)化(hua)铟锡透(tou)明(ming)导电薄膜(mo)作为共(gong)用电极和(he)像(xiang)素(su)电(dian)极(ji)来(lai)进行驱(qu)动。实(shi)际上(shang)，可(ke)以(yi)用(yong)作(zuo)导(dao)电薄(bao)膜(mo)的氧化(hua)物除(chu)了氧(yang)化铟锡外，还(hai)有锡(xi)锑氧(yang)化物、镉(ge)锡(xi)氧化(hua)物(wu)、氧(yang)化(hua)镉(ge)、氧化锌(xin)铝等。而(er)对(dui)于(yu)这(zhe)些氧化(hua)物(wu)陶(tao)瓷靶材(cai)只能(neng)利用(yong)粉末(mo)冶(ye)金(jin)的方(fang)法制备。除(chu)了(le)氧化(hua)物(wu)陶(tao)瓷(ci)靶材(cai)外(wai)，LCD和PDP显(xian)示(shi)器(qi)还采(cai)用(yong)难(nan)熔金属(shu)如(ru)Mo、Cr作为(wei)电极和(he)BM层，这些难(nan)熔金(jin)属靶材都(dou)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)粉(fen)末冶(ye)金(jin)方(fang)法(fa)制(zhi)备。对(dui)于(yu)显示(shi)器(qi)用靶材制备(bei)的(de)难(nan)点在于(yu)靶材尺寸大，传统(tong)的(de)热(re)压(ya)方法(fa)无法制(zhi)备(bei)，需要采用烧(shao)结(jie)或(huo)热等(deng)静(jing)压法制备。
4、太(tai)阳(yang)能电池溅(jian)射靶(ba)材(cai)
薄膜电池(chi)是(shi)将(jiang)一层(ceng)薄(bao)膜(mo)制(zhi)备(bei)成太阳(yang)能(neng)电(dian)池，由于光电(dian)转(zhuan)换(huan)效率低(di)、衰(shuai)减率(lv)(光致(zhi)衰退(tui)率(lv))较高等(deng)问(wen)题，前些年未引起(qi)业(ye)界(jie)的足(zu)够(gou)关注(zhu)，市(shi)场(chang)占有率(lv)很(hen)低。近(jin)年来(lai)，随着(zhe)其(qi)技术的不(bu)断(duan)进步，薄膜(mo)太阳能电池产(chan)业(ye)发(fa)展(zhan)较快，并随着(zhe)太(tai)阳(yang)能(neng)这(zhe)种(zhong)清洁(jie)能(neng)源的大(da)量使用，都将加大相关靶材的(de)需求。薄(bao)膜(mo)太阳能电池透(tou)明(ming)电(dian)极的(de)无(wu)机非金(jin)属氧(yang)化物(wu)类(lei)靶(ba)材(cai)，有氧(yang)化(hua)铟锡(xi)靶材、铜(tong)铟镓硒靶(ba)材、碲化镉(ge)靶(ba)材(cai)、硫化(hua)镉靶材、氧化(hua)锌(xin)锡靶(ba)材(cai)、氧化(hua)锌铝(lv)等靶(ba)材(cai)。这些(xie)陶瓷主(zhu)要(yao)采(cai)用粉(fen)末冶金的(de)方(fang)法(fa)制(zhi)备。
(作者单位：北京有色(se)金属(shu)研(yan)究总(zong)院有(you)研(yan)亿金新(xin)材料(liao)股(gu)份有限(xian)公(gong)司)
相(xiang)关链(lian)接(jie)
