靶材行业简介、生产工艺以及技术分析

1. 靶材行业简介、生产工艺

高纯溅射靶材主要是指纯度为99.9%-99.9999%(3N-6N之间)的金属或非金属靶材，应用于电子元器件制造的物理气象沉积(PVD)工艺，是制备晶圆、面板、太阳能电池等表面电子薄膜的关键材料。溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集而形成高速的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。

溅射镀膜基本原理示意图

根据应用领域的不同，靶材的材料、形状也会有所差异。根据形状可分为长(正)方体形、圆柱体形、无规则形以及实心、空心靶材，根据材料可分为金属材料(纯金属铝/钛/铜/钽等)、合金材料(镍铬/镍钴合金等)、无机非金属(陶瓷化合物：氧化物/硅化物/碳化物等)、复合材料靶材。

2. 不同应用领域需要用到不同材料、不同形状的靶材

3. 技术门槛

靶材的生产需要经过预处理、塑性加工、热处理、焊接、机加、净化、检测等多道工艺处理，塑性变形再结晶过程需重复进行。以铝靶材为例，一般是将铝原料进行熔炼(电子束或电弧，等离子熔炼)、铸造，将得到的锭或胚料进行热锻破坏铸造组织，使气孔或偏析扩散、消失，再通过退火使其结晶化从而提高材料组织的致密化和强度，进而经过焊接、机加和清洗等步骤最终制备成靶材。

根据靶材材料以及用途的不同，制备工艺主要包含熔炼铸造法和粉末烧结法两大技术路径。1)熔炼铸造法：高纯金属如Al、Ti、Ni、Cu、Co、Ta、Ag、Pt 等具有良好的塑性，直接采用物理提纯法熔炼制备的铸锭或在原有铸锭基础上进一步熔铸后，进行锻造、轧制和热处理等热机械化处理技术进行微观组织控制和坯料成型。2)粉末烧结法：对于W、Mo、Ru 等难熔金属及合金，由于材料的熔点高、合金含量高、易偏析、本征脆性大等原因，采用熔炼法难以制备或者材料性能无法满足溅射需求时，需要采用粉末烧结法制备。首先进行粉体材料的预处理，包括采用粒度和形貌合适的高纯金属粉末进行均匀化混合、造粒等，再选择合适的烧结工艺，包括冷等静压(CIP)、热压(HP )、热等静压(HI P )及无压烧结成型等。

4. 铝靶生产需要经过塑性变形、热处理等多道工艺处理