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平板行业用ITO靶材的制备方法与性能要求

发布时间:2023-02-13人气:446

1、前言

靶材是溅射源的一种。通过多弧的离子态镀膜系统或不同形态不同方式的镀膜系统,或者是利用磁场控制溅射在严格可控的工艺以及一定的实验条件下,溅射在不同功能的基板上形成各种功能薄膜的溅射源。

本文提到的ITO靶材,属于一种极为重要的N型半导体材料,利用不同功率密度、不同输出波形的激光与ITO靶材相互作用时,会产生相应的破坏效应、杀伤效应,从而实现人们想要的不同目的。

在各类液晶显示器上有着至关重要的应用。为了得到性能更优异,稳定性更好,利用率更高的ITO靶材,首先,我们需要保证所要使用的ITO靶材,其中的氧化铟(In2O3)与氧化锡(SnO2)的质量分数之比为9:1。目前我国高端ITO靶材的制造仍然受到日本、韩国、美国等发达国家的制约,在国际相关产业的贸易方面处于相对劣势,从而也对我国进一步扩大平板显示行业的投入,提高平板显示行业的科学技术水平产生了较大的不利影响。

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可以看出,掌握高端ITO靶材的制造技术,促进其产业化生产对于我国未来的半导体行业、平板显示行业有着重大的意义。因此,本文着重提出了一些在目前国内常规加工ITO靶材时的工艺改良方式方法,以及一些提高平面ITO靶材利用率的方法供参考。

2、ITO靶材的几种制备方法

ITO靶材的制备生产工艺、技术设备以及性能指标等已较为统一稳定。目前国际上较为安全的、普遍采用的高效生产ITO靶材的方法主要分为以下几种:热等静压法,热压法,冷等静压法,烧结法,注浆成型法等等。

3、平板行业对ITO靶材的主要性能要求

当前,ITO靶材最重要的应用行业为平板显示行业,在液晶显示器(LCD)中的应用尤为广泛。

经过长期的发展,液晶显示器的产品品质在不断提升,成本日益下降,因而对ITO靶材的性能要求、相对密度等指标的要求也在不断上升。所以说,为了顺应液晶显示器的发展潮流,促进平板显示行业高质量发展,未来平板显示行业对ITO靶材的应用要求有以下的几方面的趋势。

3.1 提高ITO靶材的相对密度

在ITO靶材相对密度不高的情况下,可供有效溅射加工的面积亦相当有限,并且还可能对溅射速率的提高形成很大的阻碍。提高ITO靶材的相对密度,可令其表面更趋于平整可控,减少表面不同地方的电阻率等理化性能的差异,进而获得更优质、更利于后续加工的ITO靶材。与此同时亦提高了ITO靶材的使用寿命。

3.2 充分降低电阻率

由于近年来液晶显示器的发展不断趋向于功能化、精细化、驱动程序的差异化等。因此,为了满足液晶显示器的发展进步需求,ITO靶材需进一步调整加工方式,以获得更低电阻率的透明导电膜。

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3.3 平面尺寸大型化,结构一体化

随着户外巨型液晶显示器的日益广泛应用,有机光激发显示器大型化的发展趋势,ITO靶材的自身尺寸亦必须向大型化发展才能适应使用要求。但当前由于技术能力稍有欠缺,往往较大面积的ITO靶材均由多块小面积ITO靶材拼接组装而成,这将导致拼接处的部分镀膜质量严重下降,也为终端显示的清晰度带来较大影响。因此,为了提高液晶显示器的显示质量,进而更好地实现更多的附加功能等,ITO靶材的大型化、一体化是未来发展的必然要求。

3.4 使用高效化

当前,ITO靶材最重要的溅射加工使用部分位于靶材的四周,ITO靶材中心部分的利用率低大大提高了生产成本以及加工成本。为了更高效地利用ITO靶材,根据节能减排,降本促效的原则,提高ITO靶材全尺寸全方位的使用效果和使用质量刻不容缓。

4、提高平面ITO靶材利用率的几种方法

4.1 采用改良的湿法成型方法

目前,ITO靶材的成型工艺主要分为干法成型工艺和湿法成型工艺两种。干法成型工艺易于自动化生产,工艺亦相对成熟,但是危险性高,更难获得大尺寸ITO靶材的缺点。相对湿法成型现已逐渐成熟,其中包括挤压成型、凝胶注模成型、注浆成型等,注浆成型工艺更便于人为调节。

注浆成型是基于石膏模具具有大量能够吸收水分的毛细孔的物理性质,将ITO 粉末配成浆料后注入至石膏模具,水分在被模具吸入后便形成具有一定厚度的均匀泥层,在脱水干燥的过程中形成一定强度的ITO靶材坯体。因此,可通过控制石膏模具毛细孔的分布,调整注入浆料的压力与时间和模具吸入浆料水分的时间,进而令ITO靶材坯体的成型效果更为均匀,以便后续加工获得综合性能更稳定,颗粒分布更均匀、利用率更高的ITO靶材。

4.2 控制注浆成型前原料的固含量以及黏度

在进行注浆成型前,需按一定比例的配比进行ITO 浆料的调配,并需要往浆料内部添加必须的添加剂以确保浆料均匀混合的过程中保持湿度、润滑度以及减少气泡生成。在浆料调配的过程中,固含量是一个极为重要的指标,即氧化铟与氧化锡的质量之和占浆料总质量的百分比。经过多次重复实验,认为在固含量为80% 左右时,可有效避免因固含量过低而导致ITO靶材坯体成型时所可能发生的坯体开裂现象,同时也避免了固含量过高导致浆料流动性变差,甚至无法把浆料注入或注入速率过慢的现象。在固含量为80% 左右时,可保证浆料的黏度在100 毫帕斯卡秒与300 毫帕斯卡秒之间。浆料有足够的流动性可令ITO靶材坯体成型时更加流畅,颗粒分布更为均匀,从而获得利用率的更高的ITO靶材。

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4.3 脱脂烧结一体化的高温致密化方法

由于在注浆成型的过程中添加了一定量的添加剂,因此,在进行ITO靶材高温致密化之前,必须先通过适当的去介质工艺,方能获得相对密度更高,杂质含量更低的ITO靶材。一般而言,要达到去介质的效果,采用适当升温的方法是最合适的。但在去介质后,ITO靶材坯体会暂时地处于相对脆弱,容易开裂的状态,为了避免人为对ITO靶材坯体造成不必要的伤害,可以通过脱脂烧结一体化的加工方式进行避免。通过利用脱脂——烧结一体炉,在去介质工艺完成后继续保温一段时间,确保介质充分得到挥发的同时又不破坏ITO靶材坯体的形状,然后进行高温致密化的加工操作,这样更有利于获得尺寸更大、结构一体化、不易开裂、利用率更高的ITO靶材。

4.4 改变ITO靶材成型形状

传统平面ITO靶材的形状为矩形,具有便于成型加工的特点。然而在ITO靶材溅射加工的过程中由于磁控溅射存在磁耦合效应,因此ITO靶材在不同位置被蚀刻的速率是不一样的,导致矩形ITO靶材的利用区域主要集中在矩形的四条边上,利用率不高。要想解决此问题,提高ITO靶材的利用率,可以把ITO靶材的加工形状设计为“工字型”。

采用“工字型”的结构,可大大提高平面ITO靶材的利用率,同时也让ITO靶材的中心处更接近于边缘,提高了溅射时的均匀性。

4.5 溅射时合理调整磁场分布

在实际磁控溅射的过程中,用于磁控溅射的强磁铁两端的磁力线分布更为密集,也就是说该处的磁场强度更大。因此,对于平面ITO靶材而言,在两端的边缘位置更容易被蚀刻。综合考虑,可在磁铁的上下端适当位置贴上消磁片,进而调整磁场分布,以达到整块靶材的蚀刻速度接近甚至是相同的效果,此举同样有利于提高ITO靶材的利用率。

5、结束语

本文结合生产实际,着重介绍了几种提高平面ITO靶材利用率的方法,可行性与实用性较强。随着科技和材料技术的飞速发展,ITO靶材的应用将越来越广泛,提高ITO靶材的利用率,对节约生产成本,满足人类正常生产生活需求起着至关重要的作用。

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