1. 高純靶材的基本特性與分類

高純靶材的質(zhì)量和性能直接決定了其在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。靶材的特性不僅依賴于原材料的純度，還與其制備過程中的工藝控制密切相關(guān)。本部分將對高純靶材的關(guān)鍵特性、分類以及主要應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行精細(xì)化剖析。

 

1.1 高純靶材的關(guān)鍵特性

1.1.1 高純度要求

 

純度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
高純靶材的純度是衡量其質(zhì)量的核心指標(biāo)，通常以“n”表示其純度等級(jí)：

• 5N（99.999%）：適用于一般工業(yè)和裝飾用途。

• 6N（99.9999%）：在半導(dǎo)體和高端顯示屏領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

• 7N（99.99999%）：用于尖端電子制造，純度越高，性能越穩(wěn)定。

 

純度對應(yīng)用的影響

• 在半導(dǎo)體制造中，低純度靶材的雜質(zhì)可能導(dǎo)致薄膜電阻率升高，進(jìn)而影響芯片性能。

• 在顯示面板中，純度不足會(huì)引發(fā)薄膜不均勻，導(dǎo)致光學(xué)性能下降。

 

高純度實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)

• 微量雜質(zhì)（如氧、硫、硅）的去除是核心挑戰(zhàn)。

• 提純過程中避免二次污染（如設(shè)備材料的影響）尤為重要。

 

1.1.2 微觀組織與性能的關(guān)系

 

晶粒細(xì)化的重要性
靶材的晶粒越細(xì)小，其物理和化學(xué)性能越穩(wěn)定。細(xì)小晶粒：

• 提高材料的強(qiáng)度和韌性。

• 改善薄膜沉積的均勻性。

 

晶界的作用
晶界對靶材的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性以及機(jī)械性能有顯著影響。均勻的晶界分布可有效提高薄膜的沉積一致性。

 

1.1.3 對密度與均勻性的嚴(yán)格要求

 

高密度的重要性
高致密度靶材（>99%理論密度）能夠：

• 提高濺射速率。

• 減少濺射過程中產(chǎn)生的顆粒和氣泡。

 

均勻性的技術(shù)要求
靶材內(nèi)成分分布均勻，避免局部濃度過高或過低對薄膜沉積產(chǎn)生負(fù)面影響。特別是在多元合金靶材中，均勻性是控制濺射效率和薄膜成分的關(guān)鍵。

 

 

1.2 靶材的主要分類

1.2.1 金屬靶材

 

常見金屬靶材：鋁（Al）、銅（Cu）、鈦（Ti）、鉬（Mo）。

 

應(yīng)用案例：

• 鋁靶材：用于導(dǎo)電膜和反射膜。

• 銅靶材：在IC互連層中不可或缺。

• 鈦靶材：用于半導(dǎo)體阻擋層。

• 鉬靶材：光伏薄膜太陽能電池的背電極。

 

1.2.2 陶瓷靶材

 

典型陶瓷靶材：氧化物（如ITO）、氮化物（如氮化鋁）、碳化物（如碳化硅）。

 

性能特點(diǎn)：高耐磨性、耐腐蝕性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。

 

應(yīng)用場景：

• ITO（氧化銦錫）靶材：廣泛用于顯示面板和觸控屏。

• 氮化鋁靶材：用于高導(dǎo)熱性涂層。

 

 

1.2.3 復(fù)合靶材

 

材料特性：通過多相復(fù)合或合金化提升靶材的綜合性能，如強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性。

 

典型應(yīng)用：鉻硅靶材、鎳鉻靶材，用于制備功能涂層。

 

 

1.3 主要應(yīng)用領(lǐng)域

 

1.3.1 半導(dǎo)體制造

高純靶材在芯片制造工藝中用于物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD），如晶圓刻蝕和金屬互連層的形成。

 

1.3.2 光伏行業(yè)

薄膜太陽能電池對靶材純度和成分的要求較高，主要用于制備透明導(dǎo)電膜（如ITO）和光吸收層。

 

1.3.3 顯示面板

TFT-LCD和OLED顯示屏的電極層和導(dǎo)電薄膜，主要依賴高純ITO靶材、鋁靶材等。

 

1.3.4 裝飾與功能涂層

靶材用于制備耐磨、抗腐蝕及光學(xué)功能涂層，典型應(yīng)用包括工具涂層和裝飾性涂層。

 

 

2. 高純靶材制造的核心工藝流程

靶材制造需要經(jīng)過嚴(yán)格的工藝控制，從原材料提純到最終成品，每一步都決定了產(chǎn)品性能。本部分將靶材制造的核心環(huán)節(jié)流程化、細(xì)致化。

 

2.1 原材料提純

 

2.1.1 化學(xué)提純工藝

• 蒸餾：將低沸點(diǎn)雜質(zhì)分離。

• 離子交換：利用不同離子間的選擇性吸附去除特定雜質(zhì)。

 

2.1.2 物理提純工藝

• 區(qū)熔法：通過多次熔融提高純度，適用于金屬靶材。

• 冷凝法：適用于氣體分離提純。

 

2.1.3 雜質(zhì)控制技術(shù)

提純過程中采用高真空環(huán)境，避免環(huán)境或設(shè)備引入雜質(zhì)。

 

 

2.2 靶材制備

 

2.2.1 粉末冶金工藝

• 制粉：通過氣霧化或水霧化技術(shù)制備均勻粉末。

• 燒結(jié)與致密化：采用冷等靜壓（CIP）和熱等靜壓（HIP）消除孔隙。

 

2.2.2 鑄造工藝

• 真空熔煉與鑄造：用于高純金屬靶材的制造。

• 均質(zhì)化退火處理：降低內(nèi)部應(yīng)力，提高微觀均勻性。

 

 

2.3 表面處理

 

2.3.1 機(jī)械加工

通過切割、拋光等機(jī)械工藝精確控制靶材尺寸。

 

2.3.2 表面清洗

利用化學(xué)清洗去除表面殘留雜質(zhì)。

 

2.3.3 表面粗糙度控制

通過拋光和檢測設(shè)備，確保靶材表面平整度達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

2.4 檢測與驗(yàn)證

 

2.4.1 純度檢測

• GDMS：檢測痕量雜質(zhì)。

• ICP-MS：評(píng)估金屬靶材純度。

 

2.4.2 微觀組織分析

• EBSD：分析晶粒大小和分布。

• SEM：觀察微觀結(jié)構(gòu)和孔隙。

 

2.4.3 力學(xué)性能測試

通過測試硬度和強(qiáng)度，確保靶材能夠滿足濺射要求。

 

 

 

3. 高純靶材制造中的技術(shù)挑戰(zhàn)

盡管靶材制造技術(shù)已經(jīng)取得顯著進(jìn)步，但仍面臨純度、規(guī)模化和表面質(zhì)量控制等方面的瓶頸。

 

3.1 純度極限的技術(shù)瓶頸

 

3.1.1 雜質(zhì)來源

• 原料雜質(zhì)來源多樣，提純難度大。

• 提純設(shè)備中可能引入二次污染。

 

3.1.2 提純工藝的高能耗問題

• 純度越高，提純工藝的能耗和成本成指數(shù)上升。

 

 

3.2 規(guī)模化生產(chǎn)的均勻性控制

 

3.2.1 靶材致密度的難點(diǎn)

• 難以完全消除孔隙率，影響薄膜質(zhì)量。

 

3.2.2 大尺寸靶材的穩(wěn)定性

• 在制備大尺寸靶材時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力和微裂紋難以避免。

 

3.3 燒結(jié)與致密化的技術(shù)難點(diǎn)

• 燒結(jié)過程中溫控和壓力的微小波動(dòng)都會(huì)引發(fā)孔隙或裂紋。

• 靶材冷卻后的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致開裂。

 

3.4 表面缺陷與二次污染

• 表面缺陷：機(jī)械加工中刀具磨損或表面污染是常見問題。

• 二次污染：工藝鏈末端的清潔度控制仍是技術(shù)難點(diǎn)。