國(guó)內(nèi)濺射靶材發(fā)展與應(yīng)用

20 世紀(jì)90 年代以來(lái)靶材已蓬勃發(fā)展成為一個(gè)專業(yè)化產(chǎn)業(yè)，中國(guó)及亞太地區(qū)靶材的需求占有

世界70%以上的市場(chǎng)份額。大量不同的沉積技術(shù)用來(lái)沉積生長(zhǎng)各種薄膜 ，而靶材是制作薄膜的關(guān)

鍵，品質(zhì)的好壞對(duì)薄膜的意義重大。目前高端品質(zhì)靶材主要由:日本、德國(guó)和美國(guó)生產(chǎn)，我國(guó)靶

材產(chǎn)業(yè)起步較晚，在產(chǎn)品質(zhì)量與精細(xì)標(biāo)準(zhǔn)上與國(guó)外有不少的差距，國(guó)內(nèi)也有許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)

對(duì)靶材積極投入了大量鉆研與開發(fā)，經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展也涌現(xiàn)了一批在靶材行業(yè)優(yōu)秀的公司和院

校。在國(guó)內(nèi)占據(jù)了大部分中等和要求不高的靶材市場(chǎng)份額。

1 靶材應(yīng)用行業(yè)分類

1.1 裝飾、工模具鍍膜行業(yè)靶材鉻靶（Cr），平面鉻靶，噴涂鉻管；

鉻硅靶90/10Wt%,50/50at%,25/75at%(電弧，平面靶，旋轉(zhuǎn)管靶）；

鈦鋁靶50/50at%,70Ti/30at%,67AL/33at%（電弧，平面靶，旋轉(zhuǎn)管靶）；

鈦鋁硅靶1:1:1at%,1:2:1at%(電弧，平面靶，旋轉(zhuǎn)管靶）；

鈦靶，鈦管靶，鋯靶；

金靶，玫瑰金靶；

石墨靶，鎳靶，鋁靶，不銹鋼靶等。

1.2 太陽(yáng)能光伏光熱行業(yè)靶材

氧化鋅鋁靶ZAO； 硅靶；鈦靶、氧化鈦靶；鋁靶；鉻靶、鎳鉻；鋅鋁、鎢、鉬

靶等。

1.3 建筑汽車玻璃大面積鍍膜

硅鋁靶、旋轉(zhuǎn)硅鋁靶；氧化鈦靶；錫靶；鉻靶；硅靶；鈦靶、不銹鋼靶。

1.4 平面顯示行業(yè)

ITO 靶；二氧化硅靶；高純硅靶5-7N；高純鉻靶3N5；TFT 鉬靶；鉬鈮靶；鎢鈦

靶90/10wt%；高純鋁靶等。

1.5 光學(xué)，光通信，光存儲(chǔ)行業(yè)

銀靶；鉭靶；硫化鋅靶；高純鋁靶；硅靶。

2 常用靶形

常用靶形有電弧靶、平面靶、旋轉(zhuǎn)管靶。

2.1 平面靶材利用率提高方式

（1）改變磁鐵運(yùn)動(dòng)方向

（2）改變磁力線分布寬度和高度

2.2 靶材性能與要求

靶材質(zhì)量直接影響著薄膜的物理、外觀、力學(xué)等性能，因而對(duì)靶材質(zhì)量的評(píng)判較為嚴(yán)格，主

要應(yīng)滿足以下要求：雜質(zhì)及氧含量低、純度高；致密度高；成分與組織結(jié)構(gòu)均勻；晶粒尺寸細(xì)小。

2.3 劣質(zhì)靶材缺陷

a)和b)為熔煉鉻靶燒蝕后靶面情況

c)靶面有凹痕為引弧針安裝不當(dāng)導(dǎo)致的

d)水晶鍍膜靶材密度不夠，燒蝕后區(qū)別

e)等離子噴涂氧化鈦旋轉(zhuǎn)管靶不良

3 介紹幾款常用靶材的應(yīng)用

3.1 裝飾、工模具鈦鋁靶應(yīng)用

高鈦低鋁：50/50at% 70Ti/30at% 80Ti/20at%

高鋁低鈦：67AL/33at% 75AI/25wt% 80AL/20 wt%

3.2 鈦鋁靶材應(yīng)用

鑄造法制做鈦鋁合金靶材無(wú)法避免疏松和縮孔，大尺寸鈦鋁鑄管和鑄錠不能保證制成旋轉(zhuǎn)管

靶時(shí)達(dá)到密封和防水效果，并且隨著管壁的刻蝕，壁厚變薄，疏松和縮孔只要有一個(gè)孔連通，密

封性會(huì)變的更加糟糕，輕者滲漏，靶管起輝放電，或大量雜氣摻于反應(yīng)不是掉膜就是起彩顏色不

對(duì)。嚴(yán)重者直接從疏孔向真空室射水，污染真孔腔和真空機(jī)組。

粉末冶金工藝制做鈦鋁靶材沒有疏松和縮孔的問(wèn)題，但從粉末冶金微觀來(lái)看也是多孔材料，

所以要想制做鈦鋁旋轉(zhuǎn)管靶，對(duì)材料致密性要求很嚴(yán)，密度必需>98%以上。但符合密度要求也不

代表可以使用。如果鈦鋁錠的含氧量很高而且微觀結(jié)構(gòu)不合理，鈦鋁錠內(nèi)應(yīng)力大，容易崩,也是

不能做旋轉(zhuǎn)管靶的，所以在粉末制做和粒度配比上有很多條件要求。既使?jié)M足這些條件,粉末冶

金鈦鋁環(huán)還需綁錠在不銹鋼管或鈦管上，由于鈦鋁熱膨脹系數(shù)很大，在濺射時(shí)局部靶材膨脹可能達(dá)到0.5-1MM，所以現(xiàn)在傳統(tǒng)綁錠方式不能有效解決這個(gè)問(wèn)題。出現(xiàn)鈦鋁綁錠分離,靶面熱能無(wú)法

傳導(dǎo)而爆裂的現(xiàn)象。致于所謂緊配綁錠和等離子噴涂鈦鋁合金靶那都是沒有意義的解決方案，不能使用。低檔鐘表手飾沒有薄膜厚度和光澤度要求。大多采用電弧鈦鋁靶沉積TiAlN。高檔品牌表要求厚度

達(dá)到1 咪以上，且光澤度不能下降。電弧受液滴影響在光潔厚膜方面沒有優(yōu)勢(shì)。目前比較好的方

式是采用旋轉(zhuǎn)管靶沉積TiAlN，不僅顏色更接近玫瑰金而且厚度增加后光澤度也不受影響。

3.3 SVC 系列硅合金靶

主要是沉積超硬膜方面的靶材，近年鐘表，手機(jī)在這方面有要求：如黑色防指紋超硬膜，不

銹鋼機(jī)殼加硬，仿金色超硬膜等。這一含硅系列靶材在鍍膜時(shí)是多種化合物共沉積的薄膜，如鉻

硅靶在制做IP 黑薄膜時(shí)通入反應(yīng)氣體C2H2 鉻離子與C 元素反應(yīng)沉積生成黑色碳化鉻（CrC）同時(shí)硅（Si）又與C 反應(yīng)生成SiC。這種金屬碳化物陶瓷與碳化硅交替沉積和咬合的薄膜不僅提高了

硬度，而且還保持了碳化硅表面磨擦系數(shù)很低的特性。

更有最新證據(jù)證明鉻硅靶，鈦硅靶反應(yīng)生成的Ti/Cr/TiAlC/SiC 結(jié)構(gòu)薄膜是DLC 最好的過(guò)渡連結(jié)層，可以在Ti/Cr/TiAlC/SiC 上生長(zhǎng)DLC 厚膜，這是非常有意義的事。鍍膜權(quán)威專家袁鎮(zhèn)海

教授指出具有微觀菱形氮化硅包裹氮化鈦鋁的PLAITING 鍍層，有可能采用的就是硅鋁靶和鈦靶，

或者鈦鋁硅靶沉積的薄膜。

3.4 水晶鍍膜系列靶材

水晶飾品，燈飾等鍍膜量這幾年增長(zhǎng)很快，主要集中在中山古鎮(zhèn)和義烏浦江為主。古鎮(zhèn)是以

燈飾水晶鍍膜為主有大小企業(yè)幾十家。浙江義烏以水晶飾品為主。大多采用匯成真空電弧加磁控

鍍膜設(shè)備。主要有干邑色，琥珀色，酒紅色，AB 彩，玫紅色，金黃色，墨綠色，豬肝色等。

水晶鍍膜琥珀色，酒紅色靶材是深圳矽谷公司鐵基合金zhuanli靶材。主推是旋轉(zhuǎn)管靶和平面靶，

電弧靶由于蒸發(fā)量大，顏色不如旋轉(zhuǎn)靶好，市場(chǎng)低端也可接受，高端鍍膜由江門唐人張鍍膜廠為

代表，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，外觀顏色均勻靚麗，該公司采用的就是大型平面靶。由于水晶鍍膜廠大多

是一臺(tái)機(jī)或兩臺(tái)機(jī)的小廠，在鍍膜技術(shù)上還比較薄弱，特別是對(duì)前處理清洗沒有概念，所以經(jīng)常

出現(xiàn)掉膜或退色現(xiàn)象。傳統(tǒng)鐘表首飾清洗方法中并不適用水晶鍍膜清洗。

3.4.1 水晶鍍膜工藝案例清洗參考

? 用不銹鋼方網(wǎng)裝入水晶吊墜；? 80-90℃超聲波低濃度除油水5-10 分鐘（1KG/100L 純水）主要目的是除油和油性物質(zhì)污

染；

? 過(guò)純水；

? 40-50℃超聲波低濃度酸洗（鹽酸2L/100L 純水）主要目的是去除表面發(fā)霉長(zhǎng)毛及朦白污

染物）；

? 過(guò)純水；

? 過(guò)雙氧水和氟化氫氨稀釋水（0.5L 雙氧水/50g 氟化氫氨/100L 水）（主要是表面活化，增

加薄膜與水晶結(jié)合力）；

? 多缸活水漂洗；

? 掛架烘烤100-130℃；

? 進(jìn)爐。

3.4.2 水晶鍍膜工藝案例參考

? 抽真空致優(yōu)于1.0×10﹣2 Pa ；

? 通入氬氣真空度3.0×100 Pa ；

? 偏壓-300~-500V（輝光清洗）5 分鐘；

? 恢復(fù)真空；

? 調(diào)整好轉(zhuǎn)架轉(zhuǎn)速；

? 通入氬氣和氧氣（1:2）真空度7.0×10﹣1Pa 待真空穩(wěn)定后同時(shí)打開所有電?。?00～140A）60~90 秒；

? 關(guān)閉弧源，氣體結(jié)束鍍膜。

? 出爐。

3.4.3 水晶鍍膜薄膜退除藥水配方

藥水配方 操作條件

琥珀色、酒紅色、干邑色 3L 鹽酸/10L 純水 浸泡

AB 彩、豬肝色、槍色 20g 氫氧化鉀/50L 雙氧水 浸泡

鉻槍黑色 50KG 高猛酸鉀/50L 水 溫度80℃-90℃浸

泡

3.5 國(guó)內(nèi)外鈦鋁靶材制造商生產(chǎn)能力

3.6 進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)ITO 靶材比較3.7 ITO 靶材市場(chǎng)應(yīng)用狀況

全球2005 年需求563t，2007 年869t，2009 年1300t，2010 年1445t，2012 年將近2000t，

每年以平均15%的增長(zhǎng)率遞增。其中日本日礦材料公司占市場(chǎng)50%，日本三井礦業(yè)占25%，東曹占

15%，三星科寧占10%，國(guó)內(nèi)靶材公司占據(jù)數(shù)額幾乎可以忽略不計(jì)。4 靶材EDS 檢測(cè)方法及薄膜XPS 檢測(cè)

以Cr--Si 靶材為例，是從靶塊切下一小塊樣品，圖1 是樣品的掃瞄電鏡表面形貌。圖2 為

圖1 對(duì)應(yīng)部位的能量散射譜元素半定量分析數(shù)據(jù)。

圖1. 樣品測(cè)試位置SEM 圖 圖2. EDS1 的能譜檢測(cè)結(jié)果

玫瑰金鍍層成分隨深度變化的XPS 試驗(yàn)方法與結(jié)果：本節(jié)樣品是鍍玫瑰金的表殼。圖3 是鍍

層最表面的成分，主要是吸附的碳和氧；圖4 是刻蝕至15nm 深處，其成分是金和銅，是玫瑰金

色的金合金主要成分；圖5 是刻蝕至80nm 深處，成分主要是鈦和氧，是玫瑰金層下的底層。圖4. 氬離子濺射掉表面約15nm 污染后的XPS 全譜圖5. 氬離子濺射掉表面約80nm 污染后的XPS 全譜

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)外靶材公司占據(jù)了高端市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)靶材公司產(chǎn)品大多集中在裝飾和工模具及大面積鍍膜

行業(yè)；我國(guó)是產(chǎn)銦大國(guó)，每年國(guó)內(nèi)ITO 靶材需求約1000 億人民幣，而我們國(guó)內(nèi)靶材公司連5%都

做不到，存在很大的差距。究竟是設(shè)備原因？還是工業(yè)技術(shù)落后？或者是我們理論上面的缺失？

如何制造高端靶材占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)？未來(lái)方向是什么？廣大科研工作者和靶材公司要努力改變現(xiàn)

狀。