一、靶材的基本概念與原理

1. 靶材的核心概念

靶材（Target Material）是濺射工藝中的關(guān)鍵材料。其作用是通過高能離子轟擊，將靶材原子或分子剝離并轉(zhuǎn)移到襯底表面，形成特定功能的薄膜。

 

(1) 靶材在濺射工藝中的功能

• 作為粒子轟擊的目標材料：濺射工藝中，高能離子（通常為氬離子）撞擊靶材表面，使靶材原子脫離并遷移到襯底上。

• 決定薄膜性能：靶材材料的純度和成分直接影響薄膜的導電性、光學特性及化學穩(wěn)定性。

• 提升薄膜制造的效率和質(zhì)量：靶材的均勻性和穩(wěn)定性對薄膜沉積工藝的連續(xù)性和成品率起決定性作用。

 

(2) 靶材在薄膜制備中的基礎(chǔ)作用

靶材不僅提供薄膜所需的物質(zhì)來源，還直接影響薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、厚度均勻性以及功能特性。例如，在光伏電池制造中，CIGS（銅銦鎵硒）薄膜的電光轉(zhuǎn)換效率由靶材質(zhì)量決定。

 

 

2. 靶材的工作原理

靶材的工作原理基于濺射工藝，是一種物理氣相沉積（PVD）方法，依靠高能離子轟擊材料表面實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移。

 

(1) 濺射過程的基本原理

1. 氣體電離：在真空腔體內(nèi)引入氬氣并施加高電壓，氬氣被電離形成高能離子。

2. 離子轟擊靶材：高能離子在電場加速下撞擊靶材表面，將靶材原子從晶格中“擊打”出來。

3. 薄膜沉積：脫離的靶材原子沿特定方向運動，在襯底表面沉積形成薄膜。

 

(2) 濺射靶材對薄膜性能的影響

靶材的質(zhì)量決定了濺射過程中薄膜的各項性能：

• 薄膜厚度：靶材均勻性和尺寸直接影響沉積速率和厚度均勻性。

• 薄膜質(zhì)量：高純度靶材可避免雜質(zhì)對薄膜電學、光學和化學特性的干擾。

• 薄膜穩(wěn)定性：靶材的化學穩(wěn)定性決定了薄膜在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

 

 

3. 靶材的性能要求

靶材需要滿足以下核心性能要求，以適應各種精密工業(yè)和科研應用：

 

(1) 高純度

高純度靶材是薄膜性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。例如，半導體行業(yè)中，靶材純度需要達到5N（99.999%）或更高，以避免因雜質(zhì)造成的器件失效。

 

(2) 物理與化學穩(wěn)定性

靶材需在濺射過程中的高溫、高電場下保持化學惰性，避免生成二次污染物或化學反應產(chǎn)物。

 

(3) 均勻性

靶材內(nèi)部的結(jié)構(gòu)均勻性確保濺射過程中的粒子流一致性，進而影響薄膜的沉積質(zhì)量。

 

(4) 機械性能

靶材需具備足夠的強度和韌性，避免因濺射過程中的熱應力導致破損。

 

 

二、靶材的分類與特性

1. 按材料成分分類

靶材依據(jù)其組成成分可分為金屬靶材、合金靶材、陶瓷靶材和復合靶材，每種靶材在不同領(lǐng)域有獨特的優(yōu)勢和適用范圍。

 

(1) 金屬靶材

• 代表材料：鋁、銅、鉑等。

• 應用領(lǐng)域：廣泛用于半導體、光學和磁性材料制造。

• 優(yōu)勢：純度高、導電性能優(yōu)越，適用于導電薄膜的制備。

 

(2) 合金靶材

• 代表材料：鋁硅、鎳鈷等。

• 應用領(lǐng)域：用于高端電子元件和復雜多層薄膜制備。

• 優(yōu)勢：結(jié)合了多種金屬的性能，滿足特殊工藝需求。

 

(3) 陶瓷靶材

• 代表材料：ITO（氧化銦錫）、氮化鋁。

• 應用領(lǐng)域：顯示屏、觸控屏等透明導電薄膜的核心材料。

• 優(yōu)勢：耐高溫、抗腐蝕，適用于極端環(huán)境。

 

(4) 復合靶材

• 代表材料：由多種材料復合制成。

• 應用領(lǐng)域：滿足對多功能薄膜的特殊要求。

• 優(yōu)勢：實現(xiàn)復雜性能，如同時具備導電性和光學透明性。

 

 

2. 按應用領(lǐng)域分類

根據(jù)用途劃分，靶材被廣泛應用于以下幾個關(guān)鍵領(lǐng)域：

 

(1) 半導體用靶材

• 應用：芯片制造中沉積導電薄膜、擴散阻擋層。

• 常用材料：鋁、鈦、鎢等。

 

(2) 顯示屏制造用靶材

• 應用：LCD、OLED和Micro-LED顯示屏的透明導電薄膜。

• 常用材料：ITO（氧化銦錫）。

 

(3) 光伏與新能源領(lǐng)域靶材

• 應用：薄膜太陽能電池制造，如CIGS薄膜沉積。

• 常用材料：銅銦鎵硒、硫化鋅等。

 

(4) 磁性材料和光學器件用靶材

• 應用：硬盤磁頭制造、反射鏡和濾光片的薄膜沉積。

• 常用材料：磁性合金、氧化物。

 

 

3. 靶材的關(guān)鍵特性

靶材的材料特性直接決定了其應用性能，主要包括以下幾個方面：

• 純度：高純度減少雜質(zhì)對薄膜性能的干擾。

• 密度：高密度提升濺射效率，減少孔隙率。

• 導電性與導熱性：確保濺射工藝的穩(wěn)定性。

• 耐腐蝕性與高溫穩(wěn)定性：滿足極端環(huán)境的應用需求。

 

 

 

三、靶材的制備工藝

1. 靶材制備的核心流程

靶材的制備工藝決定了其性能和質(zhì)量，主要包括以下幾個步驟：

 

(1) 材料提純

通過化學提純、電解或區(qū)熔等方法去除原材料中的雜質(zhì)，提升靶材純度。

 

(2) 粉末冶金技術(shù)

將高純材料粉末壓制成型，并通過高溫燒結(jié)提高致密度，常用于制備陶瓷靶材。

 

(3) 真空熔煉與熱等靜壓（HIP）

通過高溫高壓環(huán)境消除靶材內(nèi)部氣孔，提升結(jié)構(gòu)均勻性。

 

(4) 精密加工

對靶材進行切割、拋光及表面處理，使其滿足嚴格的尺寸和形狀要求。

 

 

2. 制備中的難點與挑戰(zhàn)

靶材制備過程中需要克服以下難題：

• 超高純度的制備：需要先進的提純技術(shù)。

• 微觀結(jié)構(gòu)均勻性：均勻結(jié)構(gòu)確保濺射過程的穩(wěn)定性。

• 大尺寸靶材制造：需解決尺寸增大導致的機械應力問題。

 

 

 

四、靶材的典型應用

1. 半導體工業(yè)

靶材用于沉積導電薄膜（如鋁、鈦、鎢）、擴散阻擋層和絕緣層，是芯片制造的基礎(chǔ)。

 

2. 顯示技術(shù)

靶材（如ITO）用于透明導電薄膜的制備，是LCD、OLED和Micro-LED顯示器制造的核心材料。

 

3. 光伏與新能源

靶材用于薄膜太陽能電池（如CIGS薄膜）的關(guān)鍵層沉積，影響光電轉(zhuǎn)換效率。

 

4. 磁存儲設備

磁性靶材（如鈷鐵、鎳鐵）在硬盤和磁阻存儲器中應用廣泛。

 

5. 生物醫(yī)學領(lǐng)域

靶材用于制備醫(yī)療器械薄膜，要求高生物兼容性和化學穩(wěn)定性。