[发明专利]采用等离子喷涂工艺制备锌合金氧化物靶材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及IPC分类中的C23C溅射法镀覆技术，属于应用于玻璃镀膜、太阳能光伏以及平板显示器、光电领域高新技术材料，尤其是采用等离子喷涂工艺制备锌合金氧化物靶材的方法。

背景技术

20世纪平板显示技术的出现，把人类带入了信息社会，人类社会从此发生了质的飞跃。而平板显示的核心元件就是薄膜晶体管TFT(ThinFilmTransistor)，一种在玻璃基底上通过薄膜工艺制作的场效应晶体管器件。将半导体氧化物作为有源层来制作TFT用于平板显示中，不仅能获得较高迁移率，器件性能优越，而且制造工艺简单、低温下可以获得，显示出了巨大的应用前景。

近年来，随着溅射镀膜技术的快速发展，新的靶材制备技术不断出现，靶材质量和性能也取得了显著提高。旋转阴极靶材的开发应用使得靶材的利用率从传统矩形平面靶的30％提高到80％，大量节约了镀膜成本，从此旋转靶材在镀膜行业得到了广泛应用。

靶材是真空镀膜的原材料，靶材的纯度、密度直接影响膜系的成分和综合性能。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，高密度及低的电阻率。所以在制备锌合金氧化物靶材过程中，应保证锌合金氧化物复合粉体纯度不低于99.95％，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。

透明导电氧化物薄膜一直是光电领域的热点，其中氧化铟锡(ITO)薄膜是目前研究和应用最广泛的透明导电氧化物(Transparentcondactiveoxide，TCO)薄膜，因其良好的光电特性而被广泛应用于各种光电器件，但因原材料价格昂贵、铟资源稀少且对环境造成污染，从而限制了它的发展和应用。

锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。锌合金的主要添加元素有铝，铜和镁等.锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类.铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件外壳等。

氧化锌铝(AZO)薄膜不仅具有与ITO相媲美的光电特性，而且具有资源丰富、材料无毒、在氢等离子体中化学稳定性好、成本低廉以及耐磨损等优势，因此氧化锌铝薄膜被视为替代ITO薄膜的最佳候选材料，继而在国内外掀起了研究热潮。

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。

一般用于制备TFT的ZnO、In₂O₃、SnO₂等薄膜很容易形成多晶态，存在不可忽视的大量晶界和氧缺陷，并且形成器件后稳定性差，伏安特性随时间变化显著，这些都阻碍了其进一步发展。氧化锌锡(ZnSnO)薄膜一般呈现非晶态，但还保证比较高的电子迁移率。近年来，国际上采用氧化锌锡非晶态合金氧化物半导体做沟道研制高性能的薄膜晶体管成为研究热点，被认为是一个很有应用前景的材料。

采用非晶态的ZnSnO合金薄膜作为有源层来制作TFT，器件都具有良好的电学性能，器件迁移率可达9.1cm²/(V.s)，开关比也达到10⁴以上。通过后续退火工艺，器件的性能都得到了明显的改善。

从制备技术、靶材组织和溅射性能方面来看，喷涂制备金属靶是利用电弧将靶材材料加热到熔融或半熔融状态，借助高速气体将其雾化，形成小的熔滴，并加速喷射到衬管或衬板表面，快速冷却凝固成金属涂层靶材的过程；非金属和陶瓷靶通常是利用等离子加热粉末材料的方法喷涂制成。