ito靶材的制备

ITO靶材

ITO靶材简介

ITO靶材是三氧化二铟和二氧化锡的混合物，是ITO薄膜制备的重要原料。ITO靶主要用于ITO膜透明导电玻璃的制作，后者是制造平面液晶显示的主要材料，在电子工业、信息产业方面有着广阔而重要的应用。ITO靶的理论密度为7115g/ cm3。优质的成品IT O靶应具有≥99%的相对密度。这样的靶材具有较低电阻率、较高导热率及较高的机械强度。高密度靶可以在温度较低条件下在玻璃基片上溅射，获得较低电阻率和较高透光率的导电薄膜，甚至可以在有机材料上溅射ITO导电膜。目前质量最好的ITO溅射靶，具有≥99%相对密度。

靶材制备技术

日本新金属学会在二十世纪九十年代初期就把ITO靶材列为高科技金属材料的第一位。我国在“九五”期间也曾将它作为国家“九五”攻关重点项目进行立项研究，尝试了热压、烧结以及热等静压几种制备方法，但是未能形成大规模的工业化生产。国外生产的ITO 靶材早已投放市场，主要产家有德国Leybold （莱博德）公司、日本Tosoh（东曹）公司、日本Energy（能源公司）、日本SamITO（住友）公司以及韩国Samsung（三星）公司。国内生产靶材的公司主要有：株洲冶炼集团有限责任公司、宁夏九0五集团、威海市蓝狐特种材料开发有限公司、韶关西格玛技术有限公司和柳州华锡有限责任公司等。

ITO靶材的制造技术

高性能的ITO靶材必须具备以下的性能：高密度，ITO靶材的理论密度为7.15g/cm3，商业产品相对密度至少要达98%以上，目前高端用途的产品密度在99。5%左右；高耐热冲击性；组织均一无偏析现象；微细均匀的晶粒大小；纯度达到99。99%。

目前ITO靶材的生产工艺和技术设备已较为成熟和稳定，其主要制备方法有热等静压法、真空热压法、常温烧结法、冷等静压法。

真空热压法

真空热压是利用热能与机械能将材料陶瓷致密化的工艺，可制备出密度达91%~96%的高密度ITO陶瓷靶。热压法的工艺流程是利用加热加工模具后，注入试料，以压力将模型固定于加热板，控制试料之熔融温度及时间，以达融化后硬化、冷却，再予以取出模型成品即可。热压法是加压成型和加热烧结同时进行的工艺，此工艺的优点是：(1)热压时，因为粉末处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化，所以所需的成型压力较小。(2)由于同时加温、加压，有助于粉末颗粒的接触、扩散和流动等传质过程，降低了烧结温度和缩短烧结时间，抑制了晶粒的长大。(3)热压法容易获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，容易得到细晶粒的组织。此方法的主要缺点为：由于受热压设备压力和模具尺寸所限，靶材尺寸较小，目前靶材最大尺寸为400×300mm；对模具材料要求高(一般为高纯高强石墨)，模具寿命短，损耗大，且在高温下与ITO靶材容易发生还原反应。热压机需要进口，而且不适于工业化连续生产，生产效率低，产品成本高；靶材晶粒均一性差。

日本索尼公司的专利中，采用真空热压法制备ITO靶材的烧结工艺为：烧结温度1 100℃，压力为100 kg/ cm2，保温30 min，制得的靶材的平均粒径0.7μm，靶材致密度为98%。美国学者B.L.Gehman[6]在ITO粉中添加微量元素(如A1、Si、Mg等)，在Ar气中，用石墨模具进行热压，得到一组不同密度的靶材，最高相对密度为96.0%，最低为85.6%。

目前国内ITO靶材生产厂家普遍采用热压法生产ITO靶材，此法生产的ITO 靶材由于尺寸小、晶粒大小不均匀，只能用于低挡TN-LCD、建筑玻璃镀膜和冰柜玻璃镀膜等低端领域。

热等静压法

热等静压法(hot isostatic pressing，HIP)既可以认为是加压下的烧结，也可以认为是高温下的压制。相对于传统的无压烧结而言，热等静压法可以在相对较低的温度下(一般约为物料熔点的0.5~0.7倍)获得完全致密化，而且可以很好地控制组织结构，抑制晶粒生长，获得均匀的、各向同性的组织，可以“净成型”加工成具有一定复杂外形的产品。热均压工艺是将原料粉末成型以后，以金属或玻璃材料包覆其外，然后再同时加温、加压，使得粉末陶瓷致密化。热等静压法制备ITO靶材的工艺流程主要为：将单相的ITO 固溶体粉末在一定的还原气氛（如H2、N2 与H2 的混合气体）和温度（300～500℃）下进行部分还原，还原度控制在0。02～0。2之间，再用模压或冷等静压以及两者兼用的成型方法（100～

300MPa）将还原后的粉体压制成初坯，将初坯置于不锈钢的包套中并在两者之间辅以隔离材料，然后对包套抽真空并且封口，最后置于热等静压炉中在800～1050℃，50～200MPa的压力下进行2～6h热等静压制备出ITO靶材。

热等静压法是国外最常用制备ITO溅射靶材的方法，热等静压法的优点是：(1)能克服在石墨模具中热压的缺点，不易还原。(2)由于制品在加热加压状态下，各个方向同时受压，所制得的产品密度极高(几乎达到理论密度)，可制成大尺寸产品。(3)热等静压强化了压制和烧结过程，降低了烧结温度，避免了晶粒长大，可获得极好的物理力学性能。其缺点是：由于使用均方性气体压力，没有剪应力及模具摩擦力，因此保形性非常优良，但靶材尺寸受设备压力和压缸限制，无法制备大尺寸靶材；设备昂贵，投资成本高；生产效率低，生产成本高，产品竞争力不强。

日本东曹公司采用热等静压方法，将O2导入烧结容器中，罐体内部采用镀氧化铝、镀氮化硼(BN)以及它们的多层喷镀，镀层的厚度为100~800μm，烧结温度为1 100℃，烧结压力为100 kg/cm2，烧结时间为2~4h。此方法制得的ITO 靶材的致密度为90%~100%，大多数形成了95%~99%的极高密度的烧结体。德国莱博德材料有限公司M·施罗特，采用热等静压法制造ITO靶材。他采用由部分还原的In2O3、SnO2粉末，该粉末具有氧化皮外层，内包金属相核，这种粉末采用热压或热等静压，容易进行致密烧结，制成的ITO靶具有高的机械强度和溅射靶的基质，可达到理论密度值96%以上的相对密度。

中南工业大学粉末冶金国家重点实验室张树高、黄伯云利用热等静压的方法制造ITO靶材，采用质量比为9：1的In2O3和SnO2原料粉末，其平均粒径为30~200nm，纯度为99·99%;先进行冷等静压，压力为200~280MPa，保压时间10分钟;然后进行热等静压，热等静压温度为1100~1300℃，保温时间0.5~6h，气氛压力为100~120MPa，可以制造出高密度、高纯度、大尺寸的ITO靶材。

常压烧结法

常压烧结法是上世纪90年代初期兴起的一种靶材制备方法，它是采用预压方式(或粉浆浇铸方式)制备高密度的靶材素坯，在一定气氛和温度下对靶材素坯进行烧结，通过对烧结温度和烧结气氛控制，使靶材素坯晶粒的生长得到有效控制，达到靶材的高致密化及晶粒分布的均匀性。常压烧结法的主要工艺为：将具有一定摇实密度(Tap Density)的In2O3粉末与SnO2粉末混合，制备成浆料进行粉浆浇铸或者在加入少量成型剂的情况下进行模压或冷等静压(成型压力一般为