溅射靶材集(ji)中(zhong)用于(yu)信息存(cun)储(chu)、集(ji)成(cheng)电路(lu)、显(xian)示(shi)器、汽(qi)车后视镜(jing)等产业(ye)[1]，主(zhu)要(yao)用(yong)于磁控(kong)溅(jian)射各种薄膜材(cai)料。磁控溅(jian)射(she)是(shi)一种制备薄(bao)膜(mo)材(cai)料(liao)的方法，利(li)用(yong)离子源产生(sheng)的(de)离子，在真(zhen)空中加速聚(ju)集(ji)成高速离子(zi)流, 被加(jia)速的粒(li)子(zi)流轰击到(dao)待沉(chen)积薄膜(mo)的(de)物(wu)体表(biao)面，离(li)子和待沉积(ji)薄(bao)膜(mo)的物体表(biao)面(mian)的(de)原(yuan)子发(fa)生(sheng)动能交(jiao)换(huan)，在待(dai)沉(chen)积(ji)薄(bao)膜的(de)物体表(biao)面(mian)沉积(ji)上(shang)了纳(na)米( 或(huo)微米) 薄膜。而(er)被(bei)轰(hong)击(ji)的(de)固(gu)体是(shi)用(yong)溅射(she)法(fa)沉积(ji)薄(bao)膜的(de)原材料(liao), 称为溅射(she)靶材(cai)[2]。
在集(ji)成(cheng)电(dian)路制(zhi)作中一(yi)般用(yong)纯金(jin)作(zuo)表面导电(dian)层，但(dan)金与硅(gui)晶(jing)圆(yuan)容(rong)易(yi)生(sheng)成AuSi 低(di)熔点化合物(wu)，导(dao)致金(jin)与硅界面粘(zhan)结(jie)不(bu)牢固，人(ren)们(men)提出(chu)了在(zai)金(jin)和(he)硅(gui)晶(jing)圆(yuan)的(de)表面增(zeng)加(jia)一(yi)粘结层(ceng), 常用(yong)纯(chun)镍(nie)作(zuo)粘(zhan)结层，但(dan)镍(nie)层和(he)金导电(dian)层(ceng)之间也(ye)会(hui)形成(cheng)扩散(san)，因此(ci)需(xu)要再(zai)有一阻挡层，来防(fang)止(zhi)金(jin)导(dao)电(dian)层(ceng)和(he)镍(nie)粘(zhan)结层之间(jian)的扩(kuo)散(san)。阻(zu)挡层需(xu)要(yao)采(cai)用熔点高的(de)金属(shu)，还(hai)要承受(shou)较(jiao)大的电(dian)流(liu)密度，高(gao)纯金(jin)属钒(fan)能(neng)满足该要求(qiu)[3]。所(suo)以在集(ji)成电(dian)路制(zhi)作中会(hui)用(yong)到镍(nie)溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)、钒溅(jian)射(she)靶材(cai)、金溅射(she)靶材等(deng)。
镍钒(fan)溅射(she)靶(ba)材是在制(zhi)备镍钒(fan)和(he)金(jin)的过程中，在镍熔体(ti)中(zhong)加(jia)入钒，使制(zhi)备出(chu)的(de)合(he)金(jin)更有(you)利于磁(ci)控溅(jian)射，结(jie)合了镍(nie)溅射(she)靶(ba)材和钒(fan)溅射(she)靶材(cai)的(de)优点(dian)，可一次完(wan)成溅(jian)射镍层（粘结(jie)层）和(he)钒(fan)层(ceng)（阻挡(dang)层(ceng)）。镍(nie)钒合(he)金(jin)无磁性(xing)，有利于磁控(kong)溅(jian)射(she)[3]。在(zai)电子(zi)及(ji)信(xin)息(xi)产业(ye)中，已完全替代(dai)了纯(chun)镍(nie)溅(jian)射(she)靶材。
1、镍(nie)钒合(he)金靶材(cai)的特点(dian)及应用(yong)
镍钒(fan)合(he)金靶(ba)材主(zhu)要(yao)用(yong)于太(tai)阳能行业，电(dian)子(zi)行(xing)业等(deng)领域。
镍- 钒靶(ba)材的应(ying)用及要(yao)求的纯度如表(biao)1 所示(shi)。
1）钢铁(tie)研(yan)究总院开发(fa)出母盘(pan)用(yong)的(de)关(guan)键(jian)耗(hao)材—镍钒靶现(xian)已在(zai)国内(nei)几(ji)个知(zhi)名光(guang)盘(pan)复(fu)制企(qi)业得(de)到(dao)应(ying)用，产品(pin)成分(fen)均(jun)匀，组(zu)织细(xi)小(xiao)，完(wan)全能够达到(dao)国外(wai)同类产品(pin)的水平(ping)，用(yong)户对产品(pin)反应良(liang)好(hao)。2）太(tai)阳薄膜(mo)电(dian)池：世界(jie)上(shang)越来(lai)越多(duo)的(de)国家意识(shi)到要(yao)保(bao)持(chi)社会(hui)的可(ke)持续发(fa)展(zhan)，应(ying)尽(jin)可(ke)能(neng)地用(yong)洁(jie)净(jing)能源。对(dui)可更(geng)新资(zi)源(yuan)的广(guang)泛需求(qiu)促(cu)使光(guang)伏发(fa)电(dian)产(chan)业的迅(xun)猛发展(zhan)，太阳(yang)能发(fa)电
也凭借着(zhe)其(qi)强(qiang)吸收性(xing)、高利用率、易储存性等特(te)点(dian)，在(zai)太(tai)阳能发(fa)电领(ling)域得(de)到(dao)广泛运用，它(ta)们(men)的发展大大(da)提(ti)高了市场上对(dui)高(gao)质(zhi)量(liang)溅(jian)射(she)靶材的需求。3）平板显示器镀(du)膜(mo)。4）广泛(fan)用于(yu)电(dian)子(zi)及半(ban)导(dao)体领域；如(ru)集(ji)成(cheng)电路、背板金(jin)属化、光电子等(deng)应(ying)用(yong)。5）建(jian)筑(zhu)玻璃(li)用。溅(jian)射靶材被广(guang)泛应(ying)用于(yu)大型(xing)建筑 玻璃(li)、汽(qi)车玻(bo)璃(li)及其(qi)他(ta)特(te)殊(shu)领域(yu)玻(bo)璃的(de)镀膜(mo)，能达到抗(kang)静(jing)电(dian)、增(zeng)透、防反(fan)射等(deng)效果(guo)。
2、镍钒合金(jin)溅射(she)靶(ba)材的特(te)性要求[4]
溅射镍钒靶材(cai)要(yao)求(qiu)纯(chun)度(du)高(gao)、杂(za)质少，化(hua)学成分均(jun)匀(yun)、无(wu)偏析，无气孔，晶粒(li)组织(zhi)均(jun)匀，晶(jing)粒尺寸大小为(wei)微米(mi)-毫(hao)米(mi)级(ji)，单(dan)个溅(jian)射(she)靶(ba)材(cai)中要求(qiu)晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)尽(jin)量相(xiang)差(cha)越小(xiao)越(yue)好。
这样(yang)在(zai)磁控溅射不(bu)容易产生(sheng)放电(dian)现(xian)象(xiang)，磁控溅(jian)射薄(bao)膜(mo)均匀(yun)。
2.1 纯(chun)度
溅(jian)射靶材(cai)首(shou)先是(shi)要纯(chun)度高，因为溅(jian)射靶材中的(de)杂质对(dui)磁控溅射薄(bao)膜的(de)性(xing)能(neng)影(ying)响(xiang)最(zui)大(da)，所以应尽可(ke)能(neng)降(jiang)低溅射靶材中(zhong)杂(za)质(zhi)含量，国(guo)内(nei)外很多半(ban)导体或电子(zi)产(chan)品制造企(qi)业(ye)对溅射(she)靶材杂质含(han)量(liang)提(ti)出。
2.2 杂(za)质(zhi)含量(liang)
溅射(she)靶材中(zhong)的杂(za)质要(yao)严(yan)格，镍(nie)钒(fan)合(he)金(jin)溅(jian)射靶材(cai)，Cr、Al、Mg 杂质的含量(liang)不(bu)超(chao)过(guo)10ppm，超过(guo)10ppm, 腐蚀性(xing)能(neng)变差。U、Th 的(de)含量不(bu)超过1ppb,Pb 和Bi 的(de)含(han)量(liang)小(xiao)于(yu)0.1ppb，超(chao)过(guo)这(zhe)个含(han)量，对(dui)电(dian)子(zi)电荷(he)产(chan)生(sheng)不良影(ying)响，将会发生故障(zhang)。N 含量在1-100ppm 之(zhi)间(jian)，N 含量增加，腐蚀(shi)性能(neng)差(cha)，所以(yi)要(yao)严格(ge)控制杂(za)质的含量(liang)。
2.3 密(mi)度(du)
溅射靶(ba)材(cai)对内部气(qi)孔要求(qiu)很(hen)严格(ge)，因为靶材(cai)中气(qi)孔(kong)会(hui)影响溅(jian)射薄(bao)膜的各方面(mian)性(xing)能，磁控溅(jian)射过程中产生不(bu)正(zheng)常(chang)放(fang)电(dian)，会对磁控溅(jian)射薄膜(mo)光电学性能有影(ying)响(xiang)。因(yin)此要(yao)求(qiu)靶材有较(jiao)高的密度(du)。此(ci)外(wai)，高密(mi)度(du)、高强度(du)溅射靶材(cai)更(geng)能(neng)承(cheng)受(shou)磁(ci)控(kong)溅(jian)射中(zhong)产生的(de)热应(ying)力。
溅射靶材(cai)制备(bei)工(gong)艺一般(ban)分(fen)为(wei)粉末(mo)冶(ye)金法和(he)熔炼法(fa)。粉末冶(ye)金法制备的(de)溅射(she)靶(ba)材，气孔(kong)数(shu)量(liang)多，密度(du)低。熔(rong)炼方(fang)法普(pu)通熔炼法(fa)和真(zhen)空熔炼(lian)。普(pu)通(tong)熔(rong)炼法，在(zai)熔炼(lian)过程中，大气中的(de)气(qi)体(ti)很容(rong)易进入(ru)熔体，造(zao)成熔炼的(de)铸锭气体(ti)含量不(bu)能满(man)足(zu)溅(jian)射(she)靶材(cai)要求。所(suo)以溅射靶材和(he)金制(zhi)备(bei)一(yi)般(ban)采用真(zhen)空熔炼(lian)法，可确保(bao)材料(liao)内部(bu)无(wu)气孔。
2.4 晶粒(li)尺寸(cun)及(ji)晶粒尺寸(cun)分(fen)布(bu)
靶(ba)材(cai)需(xu)要(yao)经(jing)过(guo)多道(dao)次冷(leng)热(re)加(jia)工工序(xu)，制(zhi)备(bei)好的靶坯为多晶结构，晶(jing)粒(li)尺寸(cun)大(da)小(xiao)要求不是很(hen)严(yan)格，晶粒小到几(ji)微米，大(da)到几(ji)毫米。但(dan)从溅(jian)射(she)性能方面考(kao)虑，对(dui)于化学成(cheng)分(fen)相(xiang)同(tong)的磁控溅(jian)射(she)靶材，晶(jing)粒(li)细(xi)小(xiao)溅(jian)射速率(lv)比晶(jing)粒大的(de)溅(jian)射(she)速(su)率(lv)快(kuai)，靶材(cai)内部(bu)晶(jing)粒越均匀，靶(ba)溅磁控(kong)溅射到(dao)带硅(gui)晶(jing)圆(yuan)上(shang)的(de)薄膜厚(hou)度(du)越(yue)均匀。
3、镍钒(fan)合(he)金(jin)靶材的制(zhi)备(bei)[5]
镍钒合(he)金中(zhong)，钒(fan)的(de)量稍微改(gai)变，都(dou)会(hui)很(hen)明(ming)显(xian)的(de)改变(bian)镍钒(fan)合(he)金的性能。从而使得Ni-V 合金(jin)不能够经(jing)过后续(xu)加(jia)工(gong)获得溅射(she)靶(ba)材，典型(xing)的(de)镍(nie)钒(fan)合(he)金(jin)成(cheng)分(fen)是(shi)Ni-7V。生(sheng)产高纯(chun)Ni-V 合(he)金(jin)，其关键(jian)在于：1）必(bi)须用(yong)高品(pin)位的(de)金属原料(liao)镍和(he)钒(fan)，纯(chun)度(du)必(bi)须(xu)在(zai)99wt% 以上, 其(qi)中(zhong)镍(nie)原料的纯(chun)度(du)达到4N5（99.995wt%）甚(shen)至5N 都没(mei)问(wen)题(ti)，但(dan)是(shi)钒原料(liao)的纯度一般(ban)只(zhi)有(you)2N5（99.5wt%）甚(shen)至(zhi)更(geng)低，钒(fan)的(de)纯度限制了(le)镍(nie)钒(fan)合金的纯度(du)，所(suo)以(yi)现(xian)在也需要(yao)提(ti)高金(jin)属钒(fan)的(de)纯度(du)。2）钒(fan)熔(rong)点1919±2℃，属于难熔(rong)金(jin)属，并且镍、钒熔(rong)点(dian)相(xiang)差很(hen)大( 约336℃ )，所以采(cai)用一(yi)般的(de)熔炼方法很难制(zhi)备出(chu)成(cheng)分均(jun)匀(yun)的靶材用铸(zhu)锭(ding)。在(zai)特殊的(de)应用(yong)领(ling)域，首(shou)先(xian)需将镍、钒(fan)用(yong)真(zhen)空(kong)熔融(rong)方(fang)法（电子束或真空电弧重熔(rong)（VAR）或(huo)真(zhen)空(kong)感(gan)应(ying)熔炼(lian)(VIM)）获得(de)铸(zhu)锭，经(jing)过(guo)多(duo)次重(zhong)复(fu)真空(kong)熔(rong)炼提(ti)高(gao)合(he)金(jin)铸锭的(de)总纯(chun)度(du)；3）制(zhi)备过(guo)程严格控制(zhi)杂(za)质元(yuan)素(su)的引(yin)入。
图1 是(shi)镍(nie)钒(fan)合金生(sheng)产工(gong)艺流程(cheng)图(tu)。
4、结 语(yu)
本文简(jian)要介(jie)绍了(le)镍钒合(he)金溅射(she)靶材(cai)的(de)应用(yong)与制(zhi)备(bei)情况(kuang)，以及(ji)溅(jian)射(she)靶(ba)材的特(te)性(xing)要(yao)求(qiu)。随(sui)着社(she)会的进步(bu)，半导体(ti)产(chan)业的(de)发展(zhan)，中国(guo)市(shi)场(chang)对靶材的(de)需(xu)求量会越来越大(da)，国(guo)内(nei)外(wai)企(qi)业对(dui)镍(nie)钒合金及(ji)靶的(de)关注(zhu)也越来越(yue)密(mi)切(qie)，这使(shi)得(de)镍钒(fan)合金(jin)靶(ba)市场越来(lai)越受到各方的(de)关(guan)注。随着(zhe)中国市(shi)场(chang)的高(gao)速发展(zhan)，镍钒(fan)溅(jian)射靶(ba)材在今后(hou)几(ji)年的销(xiao)量也将会有快(kuai)速(su)的(de)增(zeng)长，具有好的(de)市(shi)场(chang)前(qian)景(jing)。
参(can)考文(wen)献(xian)
[1] 陈建军(jun), 杨(yang)庆(qing)山, 贺丰(feng)收等. 溅射(she)靶材(cai)的(de)种(zhong)类、应(ying)用、制备(bei)及发(fa)展(zhan)趋(qu)势[J]. 湖(hu)南有(you)色金(jin)属,2006,22(4):38-41
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