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靶材制备研究现状及研发趋势

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靶材制备研究现状及研发趋势

发布日期:2018-08-15 作者: 点击:

    随着电子信息产业的飞速发展,薄膜科学应用日益广泛。溅射法是制备薄膜材料的主要技术之一,溅射沉积薄膜的源材料即为靶材。用靶材溅射沉积的薄膜致密度高,附着性好。20世纪90年代以来,微电子行业新器件和新材料发展迅速,电子、磁性、光学、光电和超导薄膜等已经广泛应用于高新技术和工业领域,促使溅射靶材市场规模日益扩大。

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    如今,靶材已蓬勃发展成为一个专业化产业。目前,全世界的靶材主要由日本、美国和德国生产,我国靶材产业的研发则相对滞后。虽然国内也有一些大学和研究院对靶材进行了研制,但仍处于理论研究和试制阶段,尚没有专业生产靶材的大公司,大量靶材还需进口。如今,微电子等高科技产业的高速发展促进了中国靶材市场日益扩大,从而为中国靶材产业的发展提供了机遇。靶材是微电子行业的重要支撑产业之一,如果我们能及时抓住机遇发展我国的靶材产业,不仅会缩短与国际靶材水平的差距,参与国际市场竞争,还能降低我国微电子行业的生产成本,提高我国电子产品的国际竞争力。山东昊轩电子陶瓷材料有限公司为您介绍靶材制备研究现状及研发趋势


    1 靶材的分类


    根据应用主要包括半导体领域应用靶材、记录介质用靶材、显示薄膜用靶材、光学靶材、超导靶材等。上海钢铁研究所张青来等人对靶材的分类及其对应的材料种类和应用领域划分得较为详细。其中半导体领域应用靶材、记录介质用靶材和显示靶材是市场规模最大的三类靶材。


    靶材形状有长方体、正方体、圆柱体和不规则形状。长方体、正方体和圆柱体形靶材为实心,溅射过程中,圆环形永磁体在靶材表面建立环形磁场,在轴间等距离的环形表面上形成刻蚀区,其缺点是薄膜沉积厚度均匀性不易控制,靶材的利用率较低,仅为20%~30%。目前国内外都在推广应用旋转空心圆管磁控溅射靶,其优点是靶材可绕固定的条状磁铁组件旋转,因而360°靶面可被均匀刻蚀,利用率高达80%。


    2 靶材的性能要求


    靶材制约着溅镀薄膜的物理、力学性能,影响镀膜质量,因而靶材质量评价较为严格,主要应满足如下要求;


    1)杂质含量低,纯度高。靶材的纯度影响薄膜的均匀性。


    2)高致密度。高致密度靶材具有导电、导热性好、强度高等优点,使用这种靶材镀膜,溅射功率小,成膜速率高,薄膜不易开裂,靶材使用寿命长,而且溅镀薄膜的电阻率低,透光率高。


    3)成分与组织结构均匀。靶材成分均匀是镀膜质量稳定的重要保证。


    4)晶粒尺寸细小。靶的晶粒尺寸越细小,溅镀薄膜的厚度分布越均匀,溅射速率越快。正因为靶材在性能上有上述诸多特殊要求,导致其制备工艺较为复杂。


    3 靶材的制备工艺


    目前制备靶材的方法主要有铸造法和粉末冶金法。


    铸造法;将一定成分配比的合金原料熔炼,再将合金熔液浇注于模具中,形成铸锭,最后经机械加工制成靶材。铸造法在真空中熔炼、铸造。常用的熔炼方法有真空感应熔炼、真空电弧熔炼和真空电子轰击熔炼等。其优点是靶材杂质含量(特别是气体杂质含量)低,密度高,可大型化;缺点是对熔点和密度相差较大的两种或两种以上金属,普通熔炼法难以获得成分均匀的合金靶材。


    粉末冶金法;将一定成分配比的合金原料熔炼,浇注成铸锭后再粉碎,将粉碎形成的粉末经等静压成形,再高温烧结,最终形成靶材。粉末冶金法的优点是靶材成分均匀;缺点是密度低,杂质含量高等。常用的粉末冶金工艺包括冷压、真空热压和热等静压等。


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