[发明专利]一种掺杂氧化锌基溅射靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂氧化锌基溅射靶材及其制备方法。

背景技术

AZO(掺铝氧化锌)溅射靶材，主要应用于TCO膜(Transparent condactive oxide，简称TCO)的生产。氧化锌(Zinc Oxide，ZnO)属于N型II-VI族半导体材料，为六方纤锌矿结构，禁带宽度3.3eV。传统应用在半导体及压电材料上。在透明导电膜的应用上，通过掺杂III族元素(铝、镓、铟等)，使其导电特性提高，同时也增加其高温稳定性。其中适当量(1-10at％)氧化铝掺杂，即AZO，能够使氧化锌的导电性变佳，成为低成本制备TCO薄膜产品的具有竞争优势的新材料。AZO透明导电薄膜的制备方法多样，公认的最佳方法是磁控溅射，此法工艺成熟，薄膜电阻率低、透射率高且表面形貌好，薄膜生长温度接近室温，与基板附着性好，能大面积均匀制膜且制膜成本低。

AZO透明导电薄膜性能与靶材性能密切相关。靶材成分均匀性直接决定所制备薄膜的成分均匀性；靶材晶体结构、晶粒大小及其均匀性则与磁控溅射过程中薄膜生长速度直接相关，因此，为保证溅射薄膜具有较低的电阻率、高的透明性以及薄膜厚度的均匀性，所使用的靶材无论是成分还是晶体取向都必须具有好的均匀性，具备高密度及低的体电阻率。高密度的靶材具有较低的电阻率、较高的热导率，可在较低基片温度下溅射而获得低电阻率、高光透射率的薄膜，低的体电阻率能提高溅射速率。此外，靶材密度低还容易使靶材“中毒”，溅射过程不能连续，导致薄膜性能劣化，生产效率降低。靶材必须保证高纯度，高纯度。在制备ZAO靶材过程中，应保证氧化锌复合粉体纯度不低于99.95％，例如碱金属离子(Na，K)易在绝缘层中成为可移动性离子，降低元器件性能，铁、镍等重金属离子会产生界面漏电及氧元素增加、电阻率升高等，所以靶材生产过程中须要严格控制杂质的种类与数量。这样在靶材使用寿命期间溅射膜才能具有优良的均匀性和批量产品质量的一致性。

靶材尤其是氧化物溅射靶材，特性表征如密度、晶相、晶粒大小及均匀性、烧结体本征体电阻率等往往受综合因素影响，例如AZO靶材尖晶石相ZnAl₂O₄的出现不仅仅与烧结温度有关，粉体特性表征控制与后续处理、成型制度、烧结气氛、烧结制度、掺杂剂种类与比例等因素对其形成都有较大影响。因此，在AZO靶材制备中需要综合研究，保持靶材镀膜光电性能及其他应用性能的均衡。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种掺杂氧化锌基溅射靶材，相较于单一Al₂O₃掺杂AZO靶材，具有高可见光透过率，能够提高镀膜的近红外(800-1800nm)透光性及耐湿热(60℃，90％RH湿度)性；

本发明的目的之二是提供一种上述靶材的制备方法，该方法所用工艺、设备简单，成本较低，易于工业化生产。

一种掺杂氧化锌基溅射靶材，其特别之处在于化学式为：Zn_xAl_yM_z，其中Al为第一掺杂剂，第二掺杂剂M为选自W、Mo、Nb、Zr、Ce和V中至少一种，其中以原子百分比计91.5＜x＜98.9；1＜y＜7；0.1＜z＜1.5。

按照权利要求1的配比，以可溶性锌盐、水溶性铝盐以及选自W、Mo、Nb、Zr、Ce和V中至少一种的金属氧化物粉末为原料，以碳酸氢铵为沉淀剂，用化学共沉淀法制备出前驱体，前驱体经900-1250℃煅烧2-6hr转化为三元或多元氧化物复合粉体，复合粉体再经湿法球磨6-20hr，烘干粉末以50v/v％乙醇为塑化剂，团化为30-150μm颗粒，再以300-1000Kg/cm²压力进行模压成型，然后经200-300MPa，保压10min冷等静压成型制成素坯，将素坯在氧化气氛中烧结，即得到掺杂氧化锌基烧结体，经切割、研磨、抛光后得到溅射用靶材。

其中三元或多元氧化物复合粉体比表面积为10-20m²/g，球形或近球形，粒径30-150nm。

其中共沉淀反应中Zn²⁺浓度为0.1-3.0mol/L。

其中碳酸氢铵沉淀剂的浓度为25wt％溶液，在反应中加入量为C_Zn/C_NH4HCO3比例1∶1.2-4mol/mol。