您好,欢迎访问洛阳高新四丰电子材料有限公司网站,如有疑问欢迎致电我们进行咨询!
  • 洛阳高新四丰电子材料有限公司
  • 公司地址:洛阳市高新区河洛路269号
  • 销售一科靶材科  0379-60671099
  •          0379-60671092
  • 销售二科非靶材科 0379-60671908
  • 市场开发部    0379-60671067
  • 邮  箱:  sale001@lysifon.com
  •        sale002@lysifon.com
  • 微信公众号:lysifon
新闻中心当前位置:网站首页 - 新闻中心

溅射靶材的应用及发展前景

[ 发布日期:2018-07-16 16:16:54 点击:3690 来源:洛阳高新四丰电子材料有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]

溅射靶材是指通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜设备在适当工艺条件下溅射沉积在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。溅射靶材广泛应用于装饰、工模具、玻璃、电子器件、半导体、磁记录、平面显示、太阳能电池等众多领域,不同领域需要的靶材各不相同。溅射靶材根据成分可以分为纯金属靶材、合金靶材、氧化物靶材、硅化物靶材等多个品种 ;根据生产方法可以分为粉末靶、熔炼靶和喷涂靶 ;按照形状可以分为平面靶材和管状靶材,平面靶材又可以分为矩形靶和圆弧靶,图1展示了几种不同形状的溅射靶材。

靶材

一、广泛的应用前景和巨大的市场潜力

近年来,随着电镀和化学镀等传统表面改性技术的局限性日益突出,以物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)为主要工艺方法的真空镀膜技术取得了突飞猛进的发展,其中PVD制备过程所需要的溅射靶材市场需求量日趋旺盛。据统计,全球范围内靶材的市场需求量每年以20%的速度增长,中国作为全球制造业大国,其靶材的市场需求量更是每年以超过30%的速度增长。若不计贵金属靶材,保守估计目前每年各领域所需要的靶材总量价值约100亿元人民币左右。

1.装饰镀膜

装饰镀膜主要是指手机、手表、眼镜、卫生洁具、五金零件等产品的表面镀膜,不仅起到美化色彩的作用,同时也具有耐磨、耐蚀等功能。人民生活水平的不断提高,要求越来越多的日常用品进行装饰性镀膜,因此装饰镀膜用靶材的需求量日益扩大。装饰镀膜用靶材主要品种有 :铬(Cr)靶、钛(Ti)靶、锆(Zr)、镍(Ni)、钨(W)、钛铝(TiAl)、不锈钢靶等。

2.工模具镀膜

工模具镀膜主要是用于工具、模具的表面强化,能显著提高工具、模具的使用寿命和被加工零件的质量。近年来,在航空航天和汽车产业发展的带动下,全球制造业的技术水平和生产效率有了长足进步,对高性能刀具、模具的需求量日益增加。目前,全球工模具镀膜市场主要在欧美和日本。据统计,发达国家机加工用刀具的镀膜比例已超过90%。我国刀具镀膜比例也在不断提升,刀具镀膜用靶材的需求量日益扩大。工模具镀膜用靶材主要品种有 :TiAl靶、铬铝(CrAl)靶、Cr靶、Ti靶等。

3.玻璃镀膜

靶材在玻璃上的应用主要是制作低辐射镀膜玻璃,即利用磁控溅射原理在玻璃上溅射多层薄膜,以达到节能、控光、装饰的作用。低辐射镀膜玻璃又称节能玻璃,近年来,随着节能减排和改善人们生活质量需求的增加,传统的建筑玻璃正逐渐被节能玻璃所取代。正是在这种市场需求的推动下,目前几乎所有的大型玻璃深加工企业都在快速增加镀膜玻璃生产线。与此相对应,镀膜用靶材的需求量快速增长,靶材主要品种有 :银(Ag)靶、Cr靶、Ti靶、镍铬(NiCr)靶、锌锡(ZnSn)靶、硅铝(SiAl)靶、氧化钛(TixOy)靶等。

靶材在玻璃上的另一个重要应用是制备汽车后视镜,主要是铬靶、铝靶、氧化钛靶等。随着汽车后视镜档次要求的不断提高,很多企业纷纷从原来的镀铝工艺转成真空溅射镀铬工艺。(相关推荐:高纯铜靶材--背靶如何使用,操作指南

4.电子器件镀膜

电子器件镀膜主要用于薄膜电阻和薄膜电容。薄膜电阻可以提供10 1000MΩ电阻,而且电阻温度系数小、稳定性好,可以有效减小器件的尺寸。薄膜电阻用靶材有NiCr靶、镍铬硅(NiCrSi)靶、铬硅(CrSi)靶、钽(Ta)靶、镍铬铝(NiCrAl)靶等。

5.磁记录镀膜

21世纪是经济信息化、信息数字化的高科技时代。信息超高密度储存和高速传输的要求,推动信息高技术的进一步发展。先进的电子计算机和获取、处理、存储、传递各种信息的自动化设备都需要储存器,信息存储包括磁信息存储、磁光信息存储和全光信息存储等。磁存储器如磁盘、磁头、磁鼓、磁带等是利用磁性材料的铁磁特性实现信息存储的。溅射薄膜记录用的靶材包括Cr基、钴(Co)基、钴铁(CoFe)基、Ni基等合金。

6.平面显示镀膜

便携式个人计算机、电视、手机等对平板显示器件需求急剧增长的刺激,极大地促进了各类平板显示器件的发展。平板显示器种类有 :液晶显示器件(LCD)、等离子体显示器件(PDP)、薄膜晶体管液晶平板显示器(TFT-LCD)等。所有这些平板显示器件都要用到各种类型的薄膜,没有薄膜技术就没有平板显示器件。平板显示器多由金属电极、透明导电极、绝缘层、发光层组成,为了保证大面积膜层的均匀性,提高生产率和降低成本,溅射技术越来越多地被用来制备这些膜层。平面显示镀膜用靶材主要品种有 :Cr靶、钼(Mo)靶、Al靶、铝合金靶、铜(Cu)靶、铜合金和掺锡氧化铟(ITO)靶材等。

7.半导体镀膜

信息技术的飞速发展,要求集成电路的集成度越来越高,电路中单元器件尺寸不断缩小,元件尺寸由毫米级到微米级,再到纳米级。每个单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及保护层等组成,其中,介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺,因此溅射靶材是制备集成电路的核心材料之一。半导体镀膜用靶材主要品种有W、钨钛(WTi)、TiTaAlCu等,要求靶材纯度很高,一般在4N5N以上,因此半导体镀膜用靶材价格昂贵。

8.太阳能电池镀膜

随着传统石化燃料能源的日益减少,全世界都把目光投向了可再生能源,太阳能以其独有的优势成为人们重视的焦点,主要是把太阳光能转换为热能和电能。其中光-电转换是通过光电效应直接把光能转换成电能的太阳能电池来完成,目前,太阳能电池已经发展到了第三代。第一代是单晶硅太阳能电池,第二代是非晶硅和多晶硅太阳能电池,第三代是薄膜太阳能电池(铜铟镓硒〔CIGS〕为代表),而溅射镀膜工艺是被优先选用的制备方法。全球低碳经济的兴起,为新能源、新材料的发展提供了广阔前景,全球各大靶材供应商都将太阳能电池镀膜用靶材作为重要的研发产品,太阳能电池镀膜正以爆炸式的方式增长。以2005年太阳能电池装机量为基准,年递增率分别为23%40%67%预估,至2016年每年太阳能电池的装机量如图2所示。太阳能电池镀膜用靶材主要品种有 :氧化锌铝(AZO)靶、氧化锌(ZnO)靶、锌铝(ZnAl)靶、钼(Mo)靶、硫化镉(CdS)靶、铜铟镓硒(CuInGaSe)等。

靶材

二、国外溅射靶材的发展状况

溅射镀膜技术起源于国外,所需要的溅射材料——靶材也起源发展于国外。靶材因其应用性较强,研制生产集中在国外的靶材公司,表1列举了全球溅射靶材的主要制造商。国外知名的公司技术力量很强,产品质量过硬,生产品管控制严格,这些企业在技术垂直整合上做得极其完备,从镀膜靶材制造到薄膜元件制造都是其技术垂直整合的方向,既生产镀膜靶材,也积极拓展靶材在各种不同镀膜方面的应用市场。到目前为止,国外知名靶材公司,在靶材研发生产方面已有几十年的积淀。日本、美国和德国是世界上镀膜靶材制造的先导国家,据统计从1990年到1998年之间,世界各国在美国申请的靶材专利数量中,日本占58%、美国为27%、德国为11%。国外知名靶材公司引领着国际靶材技术方向,也占据着世界大部分靶材市场。

溅射靶材的制备工艺主要包括熔炼铸造法和粉末烧结法,图3展示了溅射靶材生产工艺流程。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。与粉末法制备的合金相比,熔炼合金靶材的杂质含量(特别是气体杂质含量)低,且能高密度化、大型化。但是,对于熔点和密度相差都很大的2种或2种以上金属,采用普通的熔炼法一般难以获得成分均匀的合金靶材。而粉末冶金工艺具有容易获得均匀细晶结构、节约原材料、生产效率高等优点,粉末冶金法制备靶材时,其关键在于选择高纯、超细粉末作为原料 ;选择能实现快速致密化的成形烧结技术,以保证靶材的低孔隙率,并控制晶粒度 ;制备过程严格控制杂质元素的引入。常用的粉末冶金工艺包括热压、真空热压和热等静压(HIP)等。新型合金靶材的开发,往往需要研制一些特殊工艺,如半熔融烧结法和还原扩散法以及喷雾成形法等,图4是日本神户特制钢所喷雾成形装置示意图。

磁控

三、我国溅射靶材的现状与问题

1.现状

溅射靶材在我国是一个较新的行业,从这个行业兴起至今,我国溅射靶材的技术及市场方面都取得了长足进步。从技术角度看,我国镀膜研究起步于20世纪60年代,为发展膜科技,国家计委、国家科委、国家自然科学基金委及地方政府相关部门从战略高度持续地支持镀膜及所用材料的发展,积淀了相应的科学技术,我国已成功开发出不同领域应用的靶材,创造了良好的靶材研发基础和产业化条件,并形成了一些产业。例如,在装饰行业用的CrTiZrTiAl等靶材,工具镀膜用的TiAl靶、Cr靶、Ti靶等,玻璃镀膜用的Cr靶、Ti靶、NiCr靶。从市场角度看,近年来,随着镀膜领域的飞速发展,大型合资或独资靶材企业在我国大量涌现,表2列举了我国主要的溅射靶材制造商。中国已逐渐成为世界上靶材的最大需求地与使用地之一,特别是在工模具、玻璃、磁记录、平面显示、半导体和太阳能等高端领域,如模具、高性能刀具、低辐射镀膜玻璃、磁记录存储、平面显示器、半导体集成电路、太阳能薄膜电池方面等。

2.存在的问题

与国际靶材公司相比,我国靶材企业起步较晚 ;同国际靶材先进的水平相比,我国靶材技术与产业水平还存在较大的差距。虽然我国各种小靶材公司很多,但还没有一个专业化并有一定规模的靶材公司在全球高端靶材市场占有一席之地。目前,工模具、玻璃、磁记录、平面显示、半导体、太阳能等高端应用市场,还主要被欧美或日本的靶材公司所垄断。靶材的产品特点是多品种、小批量、生产周期长,产品发展趋势是向着更高纯度、更高密度、更大尺寸的方向发展。因此,靶材生产商要有相当的材料创新开发能力,来研发各种各样的靶材产品。我国靶材公司大多发展时间很短,创新能力难以满足靶材的迅速发展及变化需求,技术问题、人才问题、国际竞争问题都限制了产业的发展,影响了布局的拓展。

首先,在技术方面,我国溅射靶材企业在产品品种、制备工艺、应用等方面都面临巨大挑战。市场的快速发展,对产品品种要求越来越多,更新换代也越来越快,对传统工艺也提出更高要求,需要引入新工艺制备靶材,最终解决尺寸、平整度、纯度、杂质含量、密度、氮///硫(N/O/C/S)、晶粒尺寸与缺陷控制、表面粗糙度、电阻值、异物(氧化物)含量与尺寸、导磁率等问题。在应用方面,靶材利用率需要得到提高 ;此外,还需要解决溅射过程中微粒飞溅的问题。如图5溅射靶材生产示意图所示,溅射过程中溅射靶受轰击时,由于靶材内部孔隙内存的气体突然释放,有可能会造成大尺寸的靶材颗粒或微粒飞溅,成膜之后膜材受二次电子轰击时也可能会造成微粒飞溅。这些飞溅微粒的出现,会降低薄膜品质,所以微粒飞溅的问题需要得到解决。

其次,我国溅射靶材产业发展时间短,人才积累不足。面对强大的国际竞争,溅射靶材产业尤显专业人才匮乏。靶材的研制主要是在企业内实施,各靶材公司为在竞争中取得优势,技术均高度保密,所以该行业专业化很强,人才选择局限于为数不多的靶材公司内部。高校及科研院所开展溅射靶材基础研究及应用研究较少,时间也较短,研究力度也没有靶材公司深入,因此培养的人才无论是在数量上还是水平上都略显不足。

再次,我国溅射靶材业面临的市场竞争日益激烈。国外企业的成本较高,这为中国制造的靶材提供了良好的进入国际市场的机会 ;但是随着全球制造中心向中国的转移,国外靶材供应商考虑到价格较高和交期较长的影响,他们希望靶材本土化供应,纷纷在中国建立加工厂,一方面在国际竞争中保持及提高优势,另一方面抢占中国市场,这就使得国内靶材业面临更激烈的竞争。

靶材

四、提高我国溅射靶材产业竞争力的对策和建议

我国溅射靶材产业要增强核心竞争力,需要加强基础研究和应用研究、重视人才培养、得到政策支持。

1.基础研究和应用研究方面

迎接溅射靶材巨大产业化机遇,缩小国内外溅射靶材的差距,首先需在产品、工艺、应用上突破技术瓶颈。但作为新兴的蓬勃发展的靶材产业及真空镀膜产业,必然会遇到各种各样的科学技术难题。攻克靶材产业及真空镀膜产业发展过程中遇到的科学技术难题,可以采用自主研发和国外引进相结合的方法。但由于靶材产业及真空镀膜产业科学技术更新换代较快,国外对核心科学技术设置技术壁垒,引进难度很大 ;另外国内外设备、技术、人员情况有或多或少的差异,引进的科学技术也不能完全照搬,必须经过消化、吸收才能转化成适用的技术。这就需要一个平台,增加研发投入及支持力度,凝聚一批专家,通过坚持不懈的研究努力,创造出切实可行、经济适用的材料解决方案。

研制靶材,既要重视应用研究,也要重视基础研究。没有应用研究就没有产出,就不能创造效益,因此在企业内需要加强应用研究的力度。基础研究取得成果所需周期较长,且不能直接带来经济效益,难以满足企业要求见效快、追逐利润的目标。但如果缺乏基础研究,应用研究的发展就会遇到一定的研发瓶颈,从而限制应用研究的发展。这就需要国家及地方给予扶持,资助企业建立靶材重点实验室,搭建专业化研发平台,集中优势资源,保障研发资源专用,产学研开放合作,积极推进科技成果产业化,使得基础研究及应用研究取得双丰收。

2.人才方面

企业竞争关键是人才,为吸引更多人才,在政策上,需要提高灵活性,多种方式并存。为激发研究人员的积极性,企业内部可以在体制上加强激励机制,设立专门的资金,对作出突出贡献的科研人员予以奖励。

3.政策方面

溅射靶材目前最主要的市场在国外,要与国外靶材供应商竞争,我国溅射靶材企业需得到国家在进出口政策上的扶持。自金融危机后,国际货币战日趋激烈,人民币虽有小幅升值,但升值压力仍然很大,而美元、欧元等货币均有不同程度的贬值,这使得国产靶材的价格优势在降低。在进出口政策上,如果国家对靶材产品给予适当退税,鼓励靶材产品出口,必将加大靶材出口产品的竞争优势,推动靶材产业的发展。

靶材

五、溅射靶材行业的展望

溅射靶材在国际、国内市场都呈现出快速增长的势头,规模应用和产业化时代已经到来。靶材产业发展的趋势首先是市场分化,技术含量较低的产品将逐渐面临更为激烈的竞争。众多小型靶材公司具有灵活的机制、低廉的生产成本,这将使得低端靶材市场形成价格战为主的模式 ;而靶材在磁记录、半导体、太阳能等高端产业的市场,将会继续呈现技术引领的态势,国内外技术先进的靶材供应商将在竞争中占有绝对优势,镀膜厂家对靶材供应商将具有更强的依赖性。

溅射靶材将会呈现不同应用领域发展不均衡的状况。在装饰镀膜行业,镀膜厂家产品转型,溅射靶材产能相对饱和,增长空间有限。工具镀膜行业,国外靶材公司将会稳步增长,但速度不会太快 ;而国内靶材公司由于高端镀膜市场工具镀膜用靶材处于开发阶段,随着产品开发成功,国产靶材的价格优势将会为国内靶材厂家赢得一定市场。磁存储行业,规模将继续扩大,磁记录用靶材也会蓬勃发展,国际国内市场都会有较大增长。半导体行业所需靶材品种繁多,每一种用量都很大,国外技术成熟,研发力量雄厚,将在很长一段时间内处于引领地位。太阳能行业发展潜力巨大,未来 5 10年内,将会掀起一场新的绿色能源产业革命。可以预计,太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。随着太阳能行业进一步爆炸式增长,太阳能电池用溅射靶材将会迎来新一轮大规模增长。

溅射靶材的发展,将形成技术与服务决定企业成败的局面。技术力量雄厚,研发产品品种多并具有几种特有产品的靶材公司,会在市场竞争中取得话语权。规模的扩大,使销售过程对资金的要求提高,资金占用量加大,周转时间变长,这些都对靶材企业运营管理提出更高挑战。镀膜行业的扩大及发展,将会使得该行业竞争愈演愈烈,对靶材供应商的产品服务要求更高。售前售后服务好的靶材供应商,将会受到镀膜厂家的青睐。

提高溅射靶材利用率也是靶材发展的趋势。常规的长方体形和圆柱体形磁控溅射靶为实心的,是以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形成刻蚀区,因而影响沉积薄膜厚度的均匀性,靶材的利用率仅为 20%30%。国内外正在推广应用的旋转圆柱磁控溅射靶是空心圆管,它可围绕固定的条状磁铁组件旋转,可360

均匀刻蚀靶面,靶材利用率高达80%。随着低碳经济的兴起,节能环保是企业发展需要考虑的战略要素。靶材服务于节能环保行业,就行业本身而言也需要一个节能环保的生产环境,一方面这是顺应整个行业发展的需求,另一方面也是树立企业形象、赢得客户信心的保障。国内现有的小型靶材生产厂,须加以设备及作业环境改造,否则不仅规模难以发展起来,甚至还会面临关闭的风险。

总的来说,靶材行业前景广阔。镀膜产业的快速扩大及市场需求的急剧膨胀,无疑将带动靶材市场的快速发展。此外,靶材所属的新材料领域,目前已经得到了国家的高度重视和大力支持。在镀膜市场需求增多、国家扶持力度加大的情况下,一批靶材企业将会迅速成长起来,成为靶材行业的引领者,带动行业的发展,创造可观的经济效益和社会效益。

tag标签:溅射靶材