[发明专利]热等静压法生产ITO靶材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备透明导电薄膜所用ITO靶材的生产方法。

背景技术

ITO靶材即为铟锡氧化物靶材，以氧化铟为主，掺杂氧化锡，是制备ITO薄膜的重要原料。ITO薄膜由于对可见光透明和导电性良好的特性，广泛应用在液晶显示器(LCD)面板、接触感应面板(Touch Panel)、有机发光平面显示器(Organic ELD Panel)、电浆显示器(PDP Panel)、汽车防热除雾玻璃、太阳能电池、光电转换器、透明加热器防静电膜、红外线放射装置等领域，其中最主要的应用是LCD行业。

ITO膜的生产方法有蒸镀法、热分解喷镀法、直流磁控溅射法。ITO膜的主要生产方法是直流磁控溅射法，即在电场与交变的磁场的作用下，利用加速高能粒子轰击ITO靶材表面进行能量交换，使靶表面上的原子溅出，并转移到一定温度的基片上(玻璃)的方法。因此，高质量的ITO靶材生产是ITO薄膜生产的重要环节。ITO靶材是以氧化铟与氧化锡的混合物(ITO粉料)为原料，经成型、烧结、机械切削与磨整，再与无氧铜背板焊接而成的。

ITO靶材的制备主要有三种方法：热压法、热等静压烧结法和气氛烧结法。

热压法利用ITO粉料在加热到一定温度后，所具有的热塑性和流动性，在一个工序中同时完成成型与烧结两个过程。虽然工艺简单，但它存在以下缺点：ITO粉在高温下易被石墨还原出金属铟、锡，渗透到靶材内部；热压ITO靶材的尺寸不大，难以实现大尺寸化；热压ITO靶材内部相对密度不均匀，中间与边上密度差别达5％以上，难以获得高质量的相对密度高的ITO靶材。

气氛烧结法是将ITO粉料经过冷压或浇注成型之后，在氧化气氛中高温烧结。通过控制氧气成分和压力防止ITO离解，使ITO坯体烧结致密。日本、美国的主要ITO靶材生产厂家采用气氛烧结法生产ITO靶材，气氛烧结法需要氧化气氛烧结炉(有时炉内气氛中氧的体积比达50％)，而且炉内温度的不均匀易致使ITO靶材的密度分布不均匀。

热等静压法是将粉料经冷等静压成型，初坯整形后放入包套内真空脱气，之后置于热等静压机炉膛内，加温加压烧结。热等静压是通过惰性气体传递压力，靶材在炉膛内获得的压力和温度均匀，制出的靶材相对密度高，密度均匀。

热等静压法是一种重要的特种陶瓷材料成形手段。该法采用金属或陶瓷包套(低碳钢、Ni、Mo、玻璃等)，使用氮气、氩气作加压介质，使材料热致密化。该法优点在于集热压和等静压的优点于一身，成型温度低，产品致密，性能优良。

热等静压法生产ITO靶材的关键技术在于粉体的处理以及包套、隔离材料的选择，不仅要求粉体的均匀性好、烧结性能好、纯度高，同时要求包套材料在压制过程中随靶材一起收缩变形，在高温高压之下靶材接触面不与ITO反应。

用于制备ITO靶材的粉料的生产方法主要有三种：化学共沉淀法、机械混合法、合金雾化法。其中化学共沉淀法是将铟盐和锡盐溶液混合后，加入沉淀剂产生沉淀，经400～900℃煅烧得到氧化物。这种方法生产出来的粉料均匀性最好，每个粉体颗粒中都含有氧化铟和氧化锡，同时根据不同的需要可任意调整粉体的成分比例及粉体活性。但是用这种方法得到的粉体，在经历热等静压处理时，往往造成包套鼓包、靶材内部产生裂纹的问题。

中国发明专利申请公开CN1218843A中提到，采用碳钢作为热等静压的包套材料，采用镍箔、铌箔、铂箔、钽箔作为靶材和包套之间的隔离料，热等静压后，采用酸溶的方法剥离包套。此方法存在很多不足之处，一方面隔离材料的成本很高，另一方面酸溶剥离包套的速度慢，严重影响环境，不适合工业化生产。也有人采用陶瓷粉料作为隔离料，比如Al₂O₃、ZrO₂、MgO或BN等，这些陶瓷隔离料在经过高温高压后烧结，非常坚硬，与靶材、包套的粘结严重，必须采用喷砂处理将靶材表面的陶瓷隔离层清理干净，因为隔离料不导电，如果清理不干净，易造成靶材电火花切割过程的断丝，严重降低生产效率，并且不导电的陶瓷粉料易渗入未烧成的靶坯中，影响靶材的纯度。在靶材与包套剥离过程中由于隔离料与靶材及包套的粘结严重，使得应力过大，从而靶材出现较多裂纹，使靶材成材率严重降低甚至完全报废。