ITO靶材制备
ITO靶材的制备及其性能研究
培养单位：材料复合新技术国家重点实验室
学科专业：复合材料学
研 究 生：郭 伟
指导老师：王为民 教 授
2009年5月
分类号 学校代码 10497 UDC 学号 104972060235
学
位 论 文
题 目 ITO 靶材的制备及其性能研究 英 文
题 目 Study on Fabrication of ITO Targets and Its properties 研究生姓名 郭 伟
姓 名 王为民 职称 教授 学位 博士
单位名称 材料复合新技术国家重点实验室
邮 编 430070
申请学位级别 硕 士 学科专业名称 复合材料学 论文提交日期 2009.5 论文答辩日期 2009.5 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人
2009年5月
指导教师
独创性声明
本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签 名： 日 期：
学位论文使用授权书
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研究生（签名）：导师（签名）：日期：
摘要
ITO铟锡氧化物(Indium Tin Oxide)薄膜是一种n型半导体陶瓷薄膜，具有导电性好(电阻率10~-4?·cm)，对可见光透明(透过率>85%)；对紫外光具有吸收性(吸收率>85%)；对红外光具有高反射性(反射率>80%)等优异性能。因而被广泛应用于电学、光学等领域。目前制备ITO薄膜的方法很多，主要有磁控溅射法、化学气相沉积、喷雾热分解法、以及溶胶凝胶法等等。采用磁控溅射法制备的ITO薄膜具有工艺控制性好，成膜质量高等优点而被广泛的应用于工业生产。磁控溅射法制备高质量ITO薄膜的前提是要制备高纯度，超高密度的ITO 靶材。本论文以一次粒径小于20nm的ITO单相复合粉末，采用热压法(HP)及放电等离子烧结(SPS)两种方法制备ITO陶瓷材料。
SPS制备ITO靶材的研究表明：过高的烧结温度不利于ITO靶材的致密化，ITO靶材的相对密度随着烧结温度的升高而增大，在1000℃时达到最大值；之后随着温度的继续升高，相对密度逐渐减小。在较低的温度下烧结时，延长保温时间有利于提高靶材的致密度；在较高的温度下烧结，延长保温时间反而使相对密度降低；相对密度随着烧结压力的增加而增大；升温速率过快不利于靶材的致密化。对烧结试样的相组成；化学成分和显微结构研究表明：不同温度下制备的ITO靶材均有少量的SnO_2相析出，并有不同程度的失氧，铟锡的原子百分比略大于原粉中铟锡原子百分比。当温度为1000℃时，保温时间为1min，靶材获得了最大的热导率13.36 W?cm~-1?K~-1，当烧结温度为950℃时，当保温时间为8min时，电阻率达到1.24×10~-4??cm。
采用热压方法制备ITO靶材的研究表明：随着烧结温度的升高，靶材的致密度增加，当温度为1100℃时，靶材获得了最高密度7.09g/cm~3(99.16%)。不同的温度烧结的ITO靶中除了主晶相ITO固溶体以外都有少量疑似In，Sn金属相的存在，此外，在950℃，1000℃和1050℃烧结的的靶材都没有SnO_2相析出，但是在1100℃烧结的靶材除了主晶相ITO固溶体和In，Sn合金相外，还有SnO_2相析出。
关键词：ITO靶材，相对密度，热导率，电阻率，热压，SPS
Abstract
Thin film of ITO (Indium-Tin Oxide) is an n-type degenerate semiconductor with high electrical conductivity(up to 10~4S·cm~-1) ; high transparency (85–90%) to visible light; high absorbility(85%) to UV-light and high reflectivity(>80%) to infrared light; because of these properties, ITO films are widely used as transparent electrodes for liquid crystal displays and other display devices. At the present time, lots of methods are used to fabrication ITO thin film, the key methods are magnetron sputtering; Chemical Vapor Deposition; spray pyrolysis method and sol-gel method and so on. The sputtering method is under the alternating electric field and alternating magnetic field, using the energetic particle to bombarding ITO targets so that the surface atom separating from the primary lattice to formation film on the substrate. The films deposited by the sputtering method have excellent property and the fabrication process is easy to control. So the sputtering method is widely used in the manufacturing production. Properties of the sputtering targets play an important role in sputtering efficiency and quality of the sputtered films, Fabrication of high quality on the premise that fabrication of high purity and ultra-density ITO targets. In this study, we prepared ITO targets by The Spark Plasma Sintering (SPS) and the hot-pressing sintering (HP).
The results of fabrication ITO targets by SPS show that: The density is considerably effected by Sintering temperature, The relative density increased with the increasing temperature and reach the maximum value(97.8%TD), but as the temperature continually increased the density reduced. When the sintering was at 1000℃, the relative density of ITO targets reduced with the holding time prolonged. However, we can learn that when the sintering was at 950℃, the relative density of ITO targets increased with the holding time prolonged and the density reached the maximum value(98.2%TD) when the holding time is 8mins. When sintering at 1000℃for 1min.The relative density reached the maximum value with the heating rate ℃, but too fast speed or too slow speed went against the densification of of 100/min
the ITO targets. The relative density is only 6.71g/cm~3(93.9%TD) with the heating
℃. Studying of the phase composition; chemical composition and rate of 300/min
microstructure indicated that: In the SPS sintering process, SnO_2phase
precipitation from ITO solid solution was difficultly to avoid with O_2 transgression
in different degree and the In/Sn element ratio for the ITO targets increased after
sintering. When sintering at 1000℃for 1min, the thermal conductivity ITO target
obtained the maximum value of 13.36 W?cm~-1?K~-1, When sintering at 950℃ for
8min, the thermal conductivity ITO target obtained the value of 1.24×10~-4??cm.
The results of fabrication ITO targets by HP sintering show that: The relative
density increased with the increasing temperature and reach the maximum value
(99.16%TD) sintered at 1100℃ for 4h. In-Sn metal phase was suspected to be
existing in ITO targets besides the ITO single-phase when sintering at different
sintering temperature and in addition,SnO_2 phase precipitation from ITO solid
solution when sintering at 1100℃.
Keywords: ITO Targets, Relative density, thermal conductivity, Resistivity, hot-
pressing sintering, spark plasma sintering
目录
摘要...........................................................................................................................I Abstract.........................................................................................................................II 第1章绪论.. (1)
1.1 ITO(铟锡氧化物)的性能与应用 (1)
1.2 ITO复合粉末的制备 (3)
1.2.1 液相共沉淀法 (3)
1.2.2 水溶液共沉淀法 (4)
1.2.3 喷雾燃烧法 (4)
1.2.4 喷雾热分解法 (5)
1.2.5 电解法 (5)
1.2.6 水热法 (5)
1.2.7 溶胶―凝胶法 (5)
1.3 ITO靶材制备的研究现状 (5)
1.4本文研究的目的、意义及主要内容 (9)
1.4.1 本文研究的目的和意义 (9)
1.4.2 本文研究的主要内容 (9)
第2章实验方案及方法 (10)
2.1 实验方案 (10)
2.2实验原料 (11)
2.3 主要实验及测试设备 (12)
2.3.1 放电等离子烧结设备 (12)
2.3.2 热压烧结设备 (14)
2.3.3 其它设备 (14)
2.3.4 性能分析测试 (14)
第3章放电等离子快速烧结(SPS)制备ITO靶材 (17)
3.1 SPS烧结过程及工作原理 (17)
3.2 ITO靶材的SPS烧结过程分析 (18)
3.3 烧结温度对ITO靶材结构的影响 (20)
3.3.1烧结温度对ITO靶材密度的影响 (20)
3.3.2烧结温度对ITO靶材微观结构的影响 (20)
3.4 烧结压力对ITO靶材结构的影响 (22)
3.4.1烧结压力对ITO靶材密度的影响 (22)
3.4.2烧结压力对ITO靶材微观结构的影响 (23)
3.5 烧结时间对ITO靶材结构的影响 (24)
3.5.1烧结时间对ITO靶材密度的影响 (24)
3.5.2烧结时间对ITO靶材微观结构的影响 (25)
3.6 升温速率对ITO靶材结构的影响 (26)
3.6.1升温速率对ITO靶材密度的影响 (26)
3.6.2升温速率对ITO靶材微观结构的影响 (27)
3.7 ITO靶材的物相分析和元素分析 (28)
3.8 本章小结 (32)
第4章 SPS制备的ITO靶材的性能研究 (33)
4.1 ITO靶材的热学性能 (33)
4.1.1 ITO靶材导热机理及影响因素 (33)
4.1.2烧结温度对热导率的影响 (33)
4.1.3保温时间对热导率的影响 (34)
4.2 ITO靶材的电学性能 (35)
4.2.1 ITO靶材的导电机理及影响因素 (35)
4.2.2烧结温度对电阻率的影响 (36)
4.2.3保温时间对电阻率的影响 (37)
4.2.4升温速率对电阻率的影响 (37)
4.3 本章小结 (38)
第5章热压烧结(HP)制备ITO靶材 (39)
5.1热压烧结传质机理分析 (39)
5.2热压烧结工艺参数的研究 (40)
5.3 ITO靶材的表征 (40)
5.4本章小结 (44)
第6章结论 (45)
参考文献 (47)
致谢 (53)
作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术论文 (54)
第1章 绪 论
1.1 ITO(铟锡氧化物)的性能与应用
用作透明导电薄膜的氧化物除了有ITO 外，还有锡锑氧化物(ATO)，镉锡氧化物(CTO ）、氧化镉(CdO)、氧化锡(SnO 2)、氧化锌(ZnO)等。这些氧化物中，ITO 在电学性能方面表现最佳。In 2O 3的结晶具有体心立方铁锰矿结构(a=0.10118nm),如图1.1所示。每个惯用元胞的32个氧离子完全按尖晶石结构那样排列成立方密堆积，组成氧离子的面心立方子格子。在氧离子的面心立方子格子中，有氧四面体间隙位置(称为A 位)和氧八面体间隙位置(称为B 位)，当In 2O 3中掺杂SnO 2形成ITO 固溶体之后，ITO 固溶体形成了一种高度简并n 型半导体，其中Sn +4取代并且占据In +3的位置，在具有立方结构的复合氧化物晶格中造成大量的点缺陷（主要是氧空位）的同时产生了大量的自由电子，这些点缺陷和自由电子在电场的作用下充当载流子，从而显现出了良好的导电性能[1-13]。
当ITO 制备成透明导电薄膜后，它不但继承了电学性能方面的优势，而且在光学以及某些机械性能方面表现也很出色[14-22]：
（1）导电性能好，电阻率可达10-4?·cm ；
（2）可见光透过率高，可达 85%以上；
图1.1 In 2O 3的体心立方结构
（3）对紫外光具有吸收性，吸收率≥85%；
（4）对红外光具有高反射性，反射率≥80%；
（5）对微波具有高衰减率，衰减率≥85%；
（6）膜层硬度高、耐磨、耐普通条件下的化学腐蚀；
（7）膜加工性能好，便于刻蚀等。
因此，ITO 透明导电薄膜凭借优异的光学以及电学性能在光电子领域得到了广泛的应用，特别是在高速发展的FPD行业，除了LCD外还有高清晰度电视(HDTV)、等离子管显示器（PDP）、触摸屏(Touch Panel)、电致发光(EL)等。此外，ITO薄膜玻璃作为面发热体，用在汽车、火车、飞机挡风玻璃，飞船眩窗，坦克激光测距仪、机载光学侦察仪，潜望镜观察窗等，不仅起隔热降温作用，而且通电后可以除冰霜，因此也得到了广泛的应用。如果用作建筑物幕墙、夏天可隔热，冬天可防寒。利用 ITO 薄膜对微波的衰减性，可以用于电磁屏蔽的透明窗等。ITO 薄膜还可以用于太阳能电池、防护等领域。
迄今文献中所报道的制备ITO膜的方法主要有喷雾分解(SprayHydrolys is)，溶胶—凝胶，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)，含氧气氛下的铟锡合金靶(Indium Tin Target，简称 IT Target)的磁控反应溅射(Magnetron Reactive Sputtering)，ITO靶材（ITO Target）的磁控溅射(MagnetronSputtering)等[2, 4-9]。在以上的各种成膜方法中ITO靶材磁控溅射法是在交变电场和交变磁场的作用下，采用高能粒子轰击靶材。使靶材表面原子脱离原晶格.而在基体上成膜。采用磁控溅射法所获得的ITO透明导电薄膜在光学、导电性能、均匀性以及稳定性等方面具有很强的优势，所以现阶段LCD所用的ITO透明导电薄膜几乎都是用这种ITO靶材磁控溅射镀膜的方法制备的。所需的溅射靶材有两种，即In-Sn 合金靶和ITO陶瓷靶。前者制靶容易制膜难，因为工艺参数对ITO 膜性能太敏感[23,24]，尤其是氧含量难以控制；而后者制靶难制膜容易，工艺参数与膜性能依赖性不强[23,25,26]，因为靶本身就是铟锡氧化物，氧含量控制较容易。考虑到规模生产，一般都采用ITO陶瓷靶。
要制备出这样高性能且可规模化生产的ITO膜，就要求采用均匀性好且密度高的ITO靶[23-26]。这是因为：其一，溅射出的ITO膜电阻率低[27]，而低密度靶内有许多孔洞，孔洞内的不确定元素在溅射过程中也进入到ITO 膜，从而影响ITO
膜导电性能；其二，低密度ITO靶面在溅射过程中容易产生一些黑化物质称其为结瘤[28]，这些结瘤是低价氧化铟并处在靶表面腐蚀跑道周边，在溅射过程中会引起飞弧现象(即局部击穿放电)，这将导致ITO膜中出现杂质缺陷，并且由于等离子体辉光不稳定而导致溅射工艺不稳定。为此须将靶卸下来以便清除这些黑色结瘤，这又影响了工艺的持续性和生产效率[29]；其三，低密度ITO 靶热导率低，在溅射过程中由于存在热应力而使靶开裂[30]；其四，高密度靶使用寿命长且靶不太厚，但低密度靶必须靶厚才能提高使用寿命，而靶面磁场强度与磁芯距离成平方反比，所以太厚的靶其表面上的磁场强度就弱，从而不能有效地进行磁控溅射[30]；其五，均匀性好靶溅射出的膜其成分才均匀，反之亦然。而提高ITO 靶密度取决于ITO 粉末和制靶工艺。对ITO 粉末要求颗粒越细越好。因为粉末越细，则制备出的靶越致密。若是采用纳米级ITO 粉末并加上优化的制靶工艺，则ITO 靶相对密度可达97%以上甚至99%[31]，还可降低烧结温度[32]。
1.2 ITO复合粉末的制备
一般来说，对ITO 粉末具体要求是[33]：颗粒尺寸小于100 nm，比表面积大于15 m2/g 并且颗粒形貌呈球状, 粒径分布范围窄，团聚少。目前各国文献中所报道的ITO粉体的制备方法主要有目前制备纳米ITO粉末方法有：均相共沉淀法[34]，水溶液共沉淀法[35-38]，电解法[39]，溶胶-凝胶法[40-42]，喷雾燃烧法[43]，喷雾热分解法[44]等。
1.2.1 液相共沉淀法
国内制备工艺较为成熟而且有产品上市的主要是广东韶关凯迪技术开发有限公司，它采用液相沉淀法制备ITO粉体，主要工艺流程为[45]：将金属铟溶于硝酸中并按比例加入SnCl4·5H2O，再加入乳化剂、分散剂和沉淀剂进行充分的混合，将混合液加温至70～100℃进行共沉淀反应，然后将沉淀的氢氧化物前驱体过滤、烘干、800～1000℃煅烧，最后用氮气淬火后球磨获得最终的ITO粉体产品。该工艺制备前驱体沉淀物的实质是利用乳液破乳后酸碱中和生成氢氧化物的原理。此外，这种工艺导致粉体沉淀所处的pH值宽，所以沉淀的粉体粒度分布范围很宽，而且由于加入的有机物相（包括乳化剂、分散剂）的量很大，所以导致最终的粉体残碳很严重（高达数百ppm）。
韩国工业技术研究院（KoreaAcademy of Industrial Technology）公开了一种新型的液相沉淀法[46]，该工艺将碱液（浓度为0.1M～10M的氨水）以及铟盐和锡盐的混合溶液（其中铟盐的浓度为0.1M～5M）以一定的混合速率进行共沉淀反应，并且对沉淀反应所处的pH值以及温度有比较严格的限制（pH值为7～12，温度为0～80℃），然后对沉淀物进行一定条件下的老化处理，最后在600℃煅烧获得ITO粉体。
1.2.2 水溶液共沉淀法
将高纯金属铟与硝酸或盐酸并加入去离子水或蒸馏水配制成硝酸铟或盐酸铟水溶液，将此与四氯化锡或硫酸锡按一定比例混合，但直接以氨水或碳酸铵((NH4)2CO3)作沉淀剂，从外部滴入上述铟锡盐水溶液中并进行化学反应生成乳白色的氢氧化铟和氢氧化锡而沉淀下来，再经多次过滤与洗净后进行烘干并煅烧，便制备出纳米级的ITO 粉末。这种方法是目前制备纳米ITO 粉末时比较普遍采用的方法[36~37,47~49]，与均相共沉淀法一样在制备时必须严格控制pH 值和温度，一般终止pH 值为7.5~10,这要比均相共沉淀法的大一些，这是因为从外部滴入的氨水不能迅速而均匀地与溶液内铟或锡离子进行反应所致。氨水滴入速率对最终ITO 粉末晶粒大小有重要影响，滴入过快颗粒大且粒径分布严重不均，滴入过慢则周期长。
1.2.3 喷雾燃烧法
德国W.C.Heraeus公司报道了熔体氧化制备ITO粉体的两种工艺[50-51]。第一种工艺是将含锡一定比例的In-Sn熔融金属在由80vol.%的O2和20vol.%的空气组成的混合气氛中雾化制得粉体，该粉体具有氧化物层外壳和金属核心的结构，这种粉体用于热等静压制备ITO靶材能够使整个靶体内氧的含量精确而且化学成分均匀。该公司报道的另外一种熔体氧化工艺为：用等离子弧熔融In-Sn合金，处于熔融态的金属在等离子发生室内的含O2 40vol.%的气流中氧化，所获得的反应产物在气流中强烈冷却（冷却速度达到106K/s～108K/s），这种工艺所制得的粉体的比表面积较小（约3m2/g），平均粒径为0.03～0.25μm，近似为球形，而且电阻率很低，适合于制备低电阻率的ITO靶材，因而可以获得高的溅射镀膜速率。
1.2.4 喷雾热分解法
喷雾热分解法是1种将金属盐溶液喷入高温气氛中引起溶剂蒸发和金属盐的热分解，从而直接合成氧化物粉末的方法。首先将高纯金属铟锡按一定比例混合并倒入乙酸溶剂中制成醋酸铟锡盐水溶液，再将其喷入高温容器中进行喷雾热分解而形成ITO 粉末[52]。
1.2.5 电解法
日本Nikko Kyodo公司别出心裁的发明了一种电解法制备ITO粉末[53]，在同一个电解池中，共用一个阴极，而In、Sn金属板各自作为一个独立的阳极，电解池中 NH4NO3的浓度为0.2～5M，pH为4～9.5，电流密度为100～1800 A/m2，最后将所获得的沉淀物洗涤、煅烧就得到了所需要的ITO粉末。
1.2.6 水热法
Xu等将含一定比例的In、Sn盐酸溶液调整到一定的pH值后，再将该液体置于高压反应釜中于240℃下保温若干时间，将滤出物在空气气氛中于500℃下煅烧2h，制备成功了粒径范围为70±10nm的分散性能很好、单模分布的纳米级球形ITO粉末[54]。
1.2.7 溶胶―凝胶法
将丁氧基铟(In(OC4H9)3) 或异丙氧基铟(In(OC3H7)3) 和丁氧基锡(Sn(OC4H9)4) 或异丙氧基锡(Sn(OC3H7)4)一起混合在异丙醇(IPA)溶剂中或无水乙醇中,并加热100℃，回流3 h，从而得到ITO溶胶。然后加入适量的水并不断搅拌，这时溶液逐渐从透明变混浊再变成乳白色的凝胶，这表明溶液在进行水解反应。为了控制这反应速度可以加入一些氨水调节溶液的pH 值，一般pH 值为8~12。再进行烘干和煅烧工艺就可以制备出纳米级ITO粉未[55, 56]
1.3 ITO靶材制备的研究现状
日本新金属学会在二十世纪九十年代初期就把ITO靶材列为高科技金属材
料的第一位。我国在“九五”期间也曾将它作为国家“九五”攻关重点项目进行立项研究，尝试了热压、烧结以及热等静压几种制备方法，但是未能形成大规模的工业化生产[57]。国外生产的ITO靶材早已投放市场，主要产家有德国Leybold（莱博德）公司、日本Tosoh（东曹）公司、日本Energy（能源公司）、日本Samito（住友）公司以及韩国Samsung（三星）公司。ITO靶材的制备方法主要有热压法；冷等静压-烧结法；热等静压；粉浆浇注-烧结法；爆炸成形法等。
热等静压法（Hot Isostatic Pressing，简称HIP）既可以看作加压下的烧结，同时也可以认为是高温下的压制。相对于传统的无压烧结来说热等静压可以在相对较低的温度下（一般约为物料熔点Tm的0.5～0.7倍）获得完全致密化，而且组织结构可以很好地控制，晶粒生长得到了抑制；可以获得均匀的、各向同性的组织；可以“净成型”加工具有一定复杂外形的产品[58-59]。热等静压法对提高坯体的密度很有效，强度和烧结成型的坯体对比要看具体的工艺情况。热等静压法作为生产高致密度ITO靶材的一种有效途径，目前市场上质量最好的ITO靶材就是由德国Leybold公司提供的。热等静压法制备ITO靶材的工艺流程主要为[60-63]：将单相的ITO固溶体粉末在一定的还原气氛（如H2、N2与H2的混合气体）和温度（300～500℃）下进行部分还原，还原度控制在0.02～0.2之间，再用模压或冷等静压以及两者兼用的成型方法（100～300MPa）将还原后的粉体压制成初坯，将初坯置于不锈钢的包套中并在两者之间辅以隔离材料，然后对包套抽真空并且封口，最后置于热等静压炉中在800～1050℃，50～200MPa 的压力下进行2～6h热等静压制备出ITO靶材。烧结法制造ITO靶材的难点体现在密度的提高，因为在高温下（特别是温度高于1200℃）ITO固溶体中的In2O3与SnO2会以如下的方式分解，并且以气态方式升华[64-65]：由此可见在低氧压特别是欠氧的气氛中，由于In2O3、SnO2的分解以及In2O 、SnO以气态的方式挥发，气态物质从ITO固溶体中逃逸形成了很多气流通道和孔隙，阻碍了ITO靶材密度的提高。因而在ITO靶材的烧结过程中通入一定压力的纯氧或空气气氛来提高氧的分压，抑制上述的分解与挥发过程对于获得高密度的靶材至关重要。文献报道了研究制造1MPa纯氧1600℃条件下烧结靶材的烧结装置, 尽管该设备已经过了安全鉴定，投入了生产，但毕竟在高温氧气氛条件下操作是非常危险的。因此采用这种工艺所需要的设备也非常昂贵。
常压烧结是在大气压力下的各种气氛中进行致密烧结的方法，是最普通的陶瓷烧结方法。该法与其它方法相比是最难烧结的方法，要获得致密的烧结体，
往往要提高原料粉末的烧结活性或添加烧结助剂。烧结法的主要工艺为[65-75]：事先将SnO2粉末以球磨或气流粉碎的方法进行粉碎，再用沉降法同时根据Stoke’s Law来获取所需粒径范围的SnO2粉末，然后将具有一定摇实密度（Tap Density）的In2O3粉末与其混合，制备成浆料进行粉浆浇铸或者在加入少量成型剂的情况下进行模压或冷等静压（成型压力一般为100～300MPa）或两者兼而用之；用粉浆浇铸或者添加了成型剂的坯料要在300～500℃的温度范围进行长时间的脱水与脱脂处理，最后在压力至少达到1atm的纯氧或空气气氛下进行烧结，烧结的温度为1450～1550℃，所获得的靶材为单一ITO固溶体相，其相对密度为95%以上，ITO烧结体的晶粒尺寸为1～20μm，抗弯强度为50～200MPa，靶体的比电阻约为1×10-4?·cm，热导率约为1.5×10-2～47×10-2cal·cm-1·s-1。也有文献报道添加烧结助剂进行ITO靶材的烧结。TektronixInc.在In2O3和SnO2混合粉体中加Al2O3和SiO2后在1600℃下进行1h烧结，Al2O3和 SiO2形成硅酸铝充当助烧剂，获得ITO靶材的密度为90%以上[76]。ITO粉末中添加ZrO2、ZnO、Bi2O3，还有加入TiO2+ZrO2烧结助剂，才能使ITO靶的相对密谋提高到97%以上。Nicolas Nadaud等人研究表明[77]，当添加0.5Wt%的TiO2就可以很有效的抑制ITO的挥发，显著的提高了ITO靶材的致密度。主要有三种机制可以来进行解释：第一，由于TiO2的添加，在烧结的初级阶段，颗粒边界反应生成的In2TiO5阻碍了颗粒的长大。第二，由于TiO2的添加，相应的活化能的降低,增加了颗粒边界的传递率；在烧结的中期，抑制了In2O3的挥发。M.MURAOK等人研究了添加Bi2O3对ITO烧结的影响[78]，研究表明，Bi2O3可以显著抑制ITO的分解挥发,这主要是由于，Bi2O3在较低温度下就生成液相,包覆在ITO颗粒的表面，抑制其挥发，但是Bi2O3的去除是一个问题，并且Bi2O3虽然可以提高ITO靶的致密度，但是降低了ITO靶的电导率.所以对于ITO靶材来说,希望尽可能地不含有杂质污染。这样在添加助烧剂使得靶材致密化的同时，就必须考虑在烧结过程中或者烧结结束前去除助烧剂。这给靶材的生产带来附加的成本，也在保证靶材的纯度上带来麻烦。
VesuviusCrucible Company使用粉浆浇铸或模压法制备初坯，然后于1540～1570℃进行8～12h的烧结来制备ITO靶材，该公司在靶体的原始粉体中添加Al、Y、Mg、Si的氧化物作为烧结助剂，一般选用SiO2，而且当SiO2的添加量约为粉体总重的0.05%时效果最好[79]。韩国Samsung公司作为烧结法制备ITO 靶材的代表厂家，其烧结靶材的密度已经由1985年的4.40g/cm3左右提高到了
现在的7.10g/cm3以上，并且靶材密度的波动已经控制到了很小的范围。烧结法对粉末的烧结活性有很高的要求，所以对粉体的形状、粒度以及粒度分布要求较严，为了达到要求一般对粉末进行了球磨、气流粉碎以及沉降分级处理。烧结法所得靶材的单相ITO固溶体是靠最后的烧结过程中扩散固溶的，所用的原始粉体一般就是In2O3和SnO2按一定比例混合而成的混合粉体。热等静压法对所需粉体的形状、粒度以及粒度分布没有烧结法需要的严格，但是对粉体的松装密度（Apparent Density）和摇实密度还是有较高的要求，特别是粉体的一次颗粒的晶粒尺寸，因为热等静压法主要靠高压以及较低的温度通过粉体的塑性变形、幂率蠕变以及晶界扩散、再结晶机制[58-59,80-82]来导致靶材的致密化，所以原始粉末的晶粒尺寸基本上也就决定了最终产品的晶粒大小，此外原始粉末要求为单相的ITO固溶体。烧结法如果采用粉浆浇铸成型制备初坯，若要使粉体在浆料中分散均匀、稳定性好则对工艺和理论上的探索显得非常重要，此外初坯的脱水、脱脂过程的控制（升温速度≤5/h
℃）也很关键，以免初坯在脱水、脱脂过程中变形与开裂；而热等静压法初坯主要靠冷等静压成型，只需要对粉体进行一定程度的还原以利于压制出较高强度和密度的初坯（相对密度为60%～70%）。烧结法制备的靶体一般较薄，所以对靶材变形的控制要求很严，一般要求有很好的净成型能力；而热等静压法制备的靶体可以厚达几分米，所以靶材即使有一定的变形，通过外形修整所带来的经济损失也可以承受。烧结法所需设备主要是烧结炉，而热等静压法所需的设备昂贵，一次性投入很大，但是烧结法对烧结炉的温度均匀性（温差小于5℃）和控温精度要求极严，而热等静压炉中的高压气态介质能够很好地保证温度的均匀性。
还有1种无需施高压并且可成型曲面靶的注浆成型法[83]：先将粗糙的In2O3，SnO2粉末和水按一定比例混合并用球磨机研磨而形成浆料，当研磨到颗粒大小为0.4 ìm~0.8 ìm 时再加入少量的分散剂、粘结剂(如聚乙烯醇或聚乙二醇等)、烧结剂(如Al2O3或SiO2等)、去离子水以及氨水使上述浆料的粘性系数为100cps~200 cps，pH 值为7.5~10.0。然后用球磨机研磨使其充分均匀混合形成最后可用浆料，其粘性系数为1000 cps~2000 cps，将这种浆料放在真空中进行去泡处理，再采用压力注浆法将上述浆料注入到特定形状的石膏模中，压力为0.1 MPa~0.2 MPa，这可减少成型的时间，更重要的是防止在ITO 靶坯体中产生空洞。待模具中的浆料硬化后，再将该坯体从模中取出并在室温下放置24 h 以便尽可能除掉其中的水分，然后再进行干燥处理，这样可以防止靶裂纹，最后进行排塑和烧结处
理就可以制备出ITO靶。这种方法适合于制备复杂曲面结构的ITO 靶，例如喷气式战斗飞机座舱玻璃镀ITO 膜等，但靶相对密度仅83%。
放电等离子烧结(SPS)是在脉冲电流作用下，通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面，在孔隙间局部放电，产生等离子体，粉末颗粒表面被活化、发热；同时，通过模具的部分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，开始收缩，产生一定密度，并随着温度的升高而增大，直至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到最大。与常规烧结方式相比，SPS方法具有操作简单、高速烧结、降低烧结温度、再现性高、安全可靠、节省空间、节省能源及成本低等特点。已经被成功地应用于梯度功能材(FGM)、金属基复合材料(MMC)、纤维增强陶瓷(FRC)、纳米材料、多孔材料、磁性材料、金属间化合物和高致密度、细晶粒陶瓷等各种新材料的制备。本课题期望通过SPS烧结，利用未添加任何烧结助剂的粉体在中性气氛下，在较低的温度下制备元素分布均匀，具有较高致密度和较好热学性能和电学性能的ITO靶材。
1.4本文研究的目的、意义及主要内容
1.4.1 本文研究的目的和意义
利用纳米级的ITO固溶体粉末,采用热压(HP)和放电等离子(SPS)烧结方法进行烧结制备，通过对烧结制备工艺的研究，如改变烧结温度、保温时间，升温速率等以及对ITO靶材的微观结构和性能进行研究，从而得到结构致密、综合性能优异的ITO靶材。
1.4.2 本文研究的主要内容
1. 采用热压(HP)、放电等离子(SPS)烧结方法制备ITO靶材，研究不同烧结、保温时间、升温速率等烧结工艺对材料的致密化过程的影响，通过优化烧结工艺提高ITO靶材的致密度。
2. 采用各种分析手段，对烧结试样的性能和微观结构进行研究，确定合适烧结工艺制度。
3．比较放电等离子(SPS)、热压(HP)烧结方法在制备ITO靶材过程中的各自的特点以及两种烧结方法的优缺点。
第2章实验方案及方法
2.1 实验方案
(1)原料准备工艺：
原料一：将市售的ITO固溶体粉末干燥后，在钢模里成型，得到直径为20mm 的圆柱形坯体，然后在冷等静压成形，成形压力为200MPa，保压时间为5分钟。
原料二：将ITO固溶体粉末置于马沸炉中在1000℃下热处理1小时。(2)采用两种方法烧结制备ITO靶材：
放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering, SPS)。SPS技术应用特殊电源产生的脉冲电流，通过试样中的脉冲大电流(导体)及表面电流(半导体、绝缘体)产生焦耳热或局部放电，形成局部高温，有利于扩散与烧结；脉冲大电流形成的电场与磁场，对某些体系的材料具有特殊效应，能够加速物质的扩散与迁移；快速升温与冷却，能够提高生产效率[84,85]。
SPS技术烧结时，将ITO原始粉末或经热处理后的粉末加入SPS模具中，
℃，施加30-60MPa轴向压力，保温保压时间为1-8min，升温速率为75-300/min
试样随炉冷却；采用红外光学高温计测量温度；记录烧结过程中样品的位移变化。改变烧结工艺参数，研究不同烧结温度、升温速率、保温时间等对产物结构与性能的影响。
热压烧结技术(Hot-Pressing sitering, HP)。与无压技术相比，热压烧结温度低，烧结体气孔率低，具有良好的显微结构性能。另外较低温度下的烧结，可抑制晶粒生长，有利于获得高致密度、高强度的烧结体。
热压烧结过程中，将经过冷等静压成形的坯体包在Al2O3里进行烧结。施加轴向压力30MPa，保温保压时间4h，升温速率为10℃/min，试样随炉自然冷却；采用W-Re热电偶和红外光学高温计测量温度；记录烧结过程中样品的位移变化。改变烧结工艺参数（烧结温度及时间）对产物结构与性能的影响。
技术路线如图2.1所示
图2.1 ITO靶材的制备工艺流程图
Fig 2.1 Process for fabrication of ITO targets
2.2实验原料
(a) (b)
图2.2 ITO原始粉末(a)和经1000℃热处理后粉末(b)的TEM图
Fig 2.2 TEM photographs of raw ITO powders(a) and powders heat treating at 1000 ℃
上海沪正纳米科技有限公司产：In 2O 3:SnO 2=9:1(wt%)，ITO 纯度大于99.99%，粉末一次粒径小于20nm ，二次粒径小于80nm ，比表面积：30-50m 2/g 。ITO 原始粉末和经1000℃热处理后粉末的TEM 图照片见图2.2
2.3 主要实验及测试设备
2.3.1 放电等离子烧结设备
放电等离子烧结，又称等离子活化烧结( Spark plasma Sintering ,SPS)又称等离子活化烧结（Plasma Activated Sintering, PAS ）。本实验采用SPS 设备为：320MKIIK
320MKIIK 设备结构上由两部分构成：脉冲电源发生器和机械部分，其中机械部分包括有：油压系统、真空系统、水冷系统、电力传输系统、真空烧结腔和控制系统。图2.3为放电等离子烧结设备中真空烧结腔体的示意图。实验时，装有试样的模具置于上下电极之间，通过油压系统加压，然后对腔体抽真空，通入脉冲电流实验。脉冲大电流直接施加于导电模具和样品上，通过样品及间隙的部分电流激活晶粒表面，在孔隙间局部放电，产生等离子体，粉末颗粒表面被活化、发热；同时，通过模具的部分电流加热模具，使模具开始对试样传热，试样温度升高，开始收缩，产生一定密度，并随着温度的升高而增大，直
至达到烧结温度后收缩结束，致密度达到最大。烧结完成后，停止脉冲电流，图 2.3 放电等离子烧结设备结构示意图 Fig 2.3 Schematic diagram of spark plasma sintering system
ITO靶材在LCD
ITO靶材在LCD之應用與發展趨勢 金屬中心產業資訊與企劃組 張嘉仁 TEL:07-3513121 EXT 2332 一、前言 靶材為鍍膜的材料之一，在電子資訊產品上應用很廣，近年來隨著國內3C 產業的蓬勃發展，靶材逐漸受到重視。其中ITO靶是較特殊的材料，形成薄膜後，因為透明並具導電性，因此通常又稱為透明導電膜。ITO透明導電薄膜在顯示器及光電產品的應用上，扮演著關鍵的角色，且由於國內平面顯示器在全球已具舉足輕重的份量，因此無論是靶材業者或使用者，都非常關注ITO靶材的動向，其後續發展更是值得觀察的課題。 二、ITO靶材的應用 ITO是Indium Tin Oxide的簡稱，所謂ITO是指Indinum及Tin的氧化和合物，ITO靶要形成特性優良的薄膜，除須有精密的濺鍍設備及豐富的實務經驗外，也需有高密度且高穩定性的ITO靶材配合。ITO成膜後，因為透明又具導電性，所以又稱透明導電膜，也因為須具備導電性與透光性，因此品質要求上須低電阻與高透光率。 在LCD的應用上，如【圖1】，所示其可形成電極，與液晶電極構成正負極以驅動液晶分子旋轉，以呈現出不同的文字、圖案與畫面。目前，ITO透明導電膜，除應用在液晶顯示器面板外，尚可應用在許多產品上，如接觸感應面板(Touch Panel)、有機發光平面顯示面板(Organic ELD Panel)、電漿顯示面板(PDP Panel)、汽車防熱除霧玻璃、太陽能電池、光電轉換器、透明加熱器防靜電膜、紅外線反射裝置等。 圖1 ITO在TFT-LCD之應用 資料來源：IEK化材組/金屬中心 ITIS計畫整理 三、ITO靶材發展趨勢 LCD經過長時間的發展後，產品品質不斷提升，成本也不斷下降，相對的，對ITO靶材之要求也隨之提高，因此，配合LCD的發展，未來ITO靶材大致有
ito靶材的制备
ITO靶材 ITO靶材简介 ITO靶材是三氧化二铟和二氧化锡的混合物，是ITO薄膜制备的重要原料。ITO靶主要用于ITO膜透明导电玻璃的制作，后者是制造平面液晶显示的主要材料，在电子工业、信息产业方面有着广阔而重要的应用。ITO靶的理论密度为7115g/ cm3。优质的成品IT O靶应具有≥99%的相对密度。这样的靶材具有较低电阻率、较高导热率及较高的机械强度。高密度靶可以在温度较低条件下在玻璃基片上溅射，获得较低电阻率和较高透光率的导电薄膜，甚至可以在有机材料上溅射ITO导电膜。目前质量最好的ITO溅射靶，具有≥99%相对密度。 靶材制备技术 日本新金属学会在二十世纪九十年代初期就把ITO靶材列为高科技金属材料的第一位。我国在“九五”期间也曾将它作为国家“九五”攻关重点项目进行立项研究，尝试了热压、烧结以及热等静压几种制备方法，但是未能形成大规模的工业化生产。国外生产的ITO 靶材早已投放市场，主要产家有德国Leybold （莱博德）公司、日本Tosoh（东曹）公司、日本Energy（能源公司）、日本SamITO（住友）公司以及韩国Samsung（三星）公司。国内生产靶材的公司主要有：株洲冶炼集团有限责任公司、宁夏九0五集团、威海市蓝狐特种材料开发有限公司、韶关西格玛技术有限公司和柳州华锡有限责任公司等。 ITO靶材的制造技术 高性能的ITO靶材必须具备以下的性能：高密度，ITO靶材的理论密度为7.15g/cm3，商业产品相对密度至少要达98%以上，目前高端用途的产品密度在99。5%左右；高耐热冲击性；组织均一无偏析现象；微细均匀的晶粒大小；纯度达到99。99%。 目前ITO靶材的生产工艺和技术设备已较为成熟和稳定，其主要制备方法有热等静压法、真空热压法、常温烧结法、冷等静压法。 真空热压法
ITO靶材背景资料
ITO靶材背景资料 用ITO陶瓷靶生产电子溅射ITO透明导电膜玻璃，是当今知识经济时代信息产业极为重要的电子陶瓷产品。目前，该产品只有德国、美国、日本等国家生产，比较著名的有德国LeyboldMaterials莱宝公司，而国内尚处于研究开发阶段，未形成产业。 1、利用ITO透明导电膜玻璃优良的透明导电性能和良好的加工工艺性能，已开始大量用于液晶显示器TFT、LCD、PLZT陶瓷反射显示器制造，用于笔记本电脑、壁挂电视机、移动通讯手机、计算器，各种图像及数码显示电子仪器等，产品可达到薄、轻、低、美的优良性能：薄如壁画；轻只有CRT显示器的几百分之一；低功耗、低电压；画面精美，特别作为CAD图形工作TFT显示器，线条显示明亮清晰，不伤视力，是任何高档CRT显示器所无法比拟的。 2、ITO透明导电膜玻璃作为面发热体，通电后可以除冰霜，用于飞机挡风玻璃、飞机眩窗、激光测距仪、潜望镜观察窗等，多年来已得到了广泛应用。 3、ITO透明导电膜玻璃正反面具有相反的红外线通过及反射性能，玻璃正面具有优良的红外线通过功能，衰减量极小，而反面又具有红外线阳挡反射作用，因而该玻璃具有优良的保温透光性能，已大量用于制造冷藏柜。 随着成本的降低，将可用于房屋节能：夏季时反面朝外，阻挡高热红外线射入，房间凉爽；冬季正面朝外，太阳红外线可照入房内，
房间节能温暖。 4、ITO透明导电膜玻璃对微波具有衰减作用，可达30db，用于需要电磁屏蔽的场所，如计算机机房、雷达屏蔽保护、家电微波炉视窗等。 5、ITO透明导电膜玻璃作为太阳能电池的重要组成部分及透明导电电极，已得到大量应用。 根据有关报道，2001年将大量生产液晶CRT，而且“南波”、“洛波”等大型玻璃产业公司将扩建上马ITO玻璃产品生产线。因此，专家分析ITO陶瓷靶在国内具有良好的产业前景。
金属靶材生产加工项目立项报告
金属靶材生产加工项目 立项报告 规划设计/投资分析/实施方案
金属靶材生产加工项目立项报告 高纯溅射靶材行业是典型的技术密集型行业，要求业内厂商具有较强的技术研发实力和先进的生产工艺，具有完善的品质控制能力。其主要技术门槛表现在以下几个方面。纯度和杂质含量控制是靶材质量最重要的指标。靶材的纯度对溅射薄膜的性能有很大影响。若靶材中夹杂物的数量过高，在溅射过程中，易在晶圆上形成微粒，导致互连线短路或断路。靶材的成分与结构均匀性也是考察靶材质量的关键。对于复相结构的合金靶材和复合靶材，不仅要求成分的均匀性，还要求组织结构的均匀性。晶粒晶向控制是产品研发主要攻克的方向。溅射镀膜的过程中，致密度较小的溅射靶材受轰击时，由于靶材内部孔隙内存在的气体突然释放，造成大尺行业深度研究寸的靶材颗粒或微粒飞溅，或成膜之后膜材受二次电子轰击造成微粒飞溅，这些微粒的出现会降低薄膜品质。例如在极大规模集成电路制作工艺过程中，每150mm直径硅片所能允许的微粒数必须小于30个。怎样控制溅射靶材的晶粒，并提高其致密度以解决溅射过程中的微粒飞溅问题是溅射靶材的研发的关键。靶材溅射时，靶材中的原子最容易沿着密排面方向优先溅射出来，材料的结晶方向对溅射速率和溅射膜层的厚度均匀性影响较大，最终影响下游产品的品质和性能。需根据靶材的组织结构特点，采用不同的成型方法，进行反复的塑性变形、热处理工艺加以控制。
该金属靶材项目计划总投资7444.10万元，其中：固定资产投资 5178.95万元，占项目总投资的69.57%；流动资金2265.15万元，占项目 总投资的30.43%。 达产年营业收入18041.00万元，总成本费用14083.11万元，税金及 附加150.99万元，利润总额3957.89万元，利税总额4654.80万元，税后 净利润2968.42万元，达产年纳税总额1686.38万元；达产年投资利润率53.17%，投资利税率62.53%，投资回报率39.88%，全部投资回收期4.01年，提供就业职位314个。 报告根据项目产品市场分析并结合项目承办单位资金、技术和经济实 力确定项目的生产纲领和建设规模；分析选择项目的技术工艺并配置生产 设备，同时，分析原辅材料消耗及供应情况是否合理。 ...... 靶材是溅射薄膜制备的源头材料，又称溅射靶材。是制备晶圆、面板、太阳能电池等表面电子薄膜的关键材料。
超高密度ITO靶材制备--MMF法
三井金属公司过滤式成形模法 （Mitsui Membrane Filter MMF） ITO靶材工艺 1.ITO粉的制备 将氧化铟(In203)、氧化锡(SnO2)等原料粉末混合，煅烧产生In203母相及微细In2Sn3012粒子混合物。具有特定形状的微细In2Sn3012粒子，其特征（图1.1）从粒子之虚拟中心以放射线状形成针状突起的立体星形。In2Sn3012微细粒子的水平费雷特(Feret)直径的平均值以0.25μm以上为较佳，In2Sn3012微细粒子之圆形度系数的平均值以0.8为较佳，尤佳为0.73至0.49（图1.1.1）。成为IT0烧结体本身的体电阻值达1.35x 10-4Ω?cm以下、结瘤和打弧最少的溅镀靶材料。使用该ITO溅镀靶所获得一种物性参差较少的优异ITO膜，具有非晶质安定性、高温下优异的膜特性，可容易进行之后的蚀刻加工，减低蚀刻残渣量。 图1.1 微细粒子从水平方向的全像素数求出水平菲雷特直径的原理示意图 1.In2O3母相 2.微细粒子 3.粒界 4.化合物相 5.无微细粒子区 10.ITO烧结体 (源自JP2008063943 CN101578245A 烧结体及ITO溅射靶) 图1.2 ITO靶材SEM(30000倍)微细粒子照片 2. 素坯成形
将氧化铟氧化锡混合的原料粉末、离子交换水、5mm氧化锆球装入树脂制的罐中，球磨混合20小时；加入有机添加剂(聚羧酸系分散剂)混合1小时；1小时后添加适量蜡系粘结剂，球磨混合19小时。将所构成的磨浆(s1urry)注入到用以从陶瓷原料磨浆将水分减压排水以获得成形体的由非水溶性材料所构成的过滤式成形模，且将磨浆中的水分予以减压排水而制作成形体，并将此成形体进行干燥脱脂。 （源自ITO导电玻璃及相关透明导电膜之原理及应用台湾胜华科技股份有限公司黄敬佩20060607 PPT报告） 图1.3 三井膜过滤成型法（MMF）ITO靶材工艺示意图 平板成形模 凹凸性状成形模 1.浆料 2.上成型框 3.下成型框 4.过滤膜（湿式滤布） 5.填充材料 6.排水孔
ITO靶材的综述
ITO靶材的研究现状与发展趋势 引言 近年来随着平面显示行业以及平板显示器尺寸大型化，性能优良化的高速发展，要求用于高端平面显示器的高密度靶材，具有生产低成本化、尺寸大形化、成分结构均匀化及高利用率的发展趋势。因为ITO靶材性能是决定TCO产品质量，生产效率，成品率的关键。TCO 生产厂商要求生产过程中能够稳定连续地生产出电阻和透过率均匀不波动的导电玻璃，这要求ITO靶性能既优良又稳定。 高端TFT- LCD用ITO靶材均来自日本的东曹、日立、住友、日本能源、三井，韩国三星康宁，美国优美克，德国的贺力士等公司。日本在高端ITO靶材生产技术方面一直处于领先地位，几乎垄断了大部分TFT液晶市场。然而，由于国内没有完全打破高密度ITO 靶材生产的技术瓶颈，靶材的产品质量无法满足高端平板显示器的要求，同时我国作为LCD 以及其它需要高密度ITO靶材的平面显示器材的消费大国，国内的平面显示器材所需的高密度ITO靶材几乎全部从国外进口，仅有小批量用于低端液晶产品的生产，难以与国外竞争。因此，对ITO靶材制备工艺的研究具有十分重要的意义。 ITO靶材简介 透明导电薄膜的种类很多，主要有ITO，TCO，AZO等，其中ITO的性能最佳，ITO 具有高的透光率，低电阻率。目前ITO的制备方法主要是磁控溅射，要获得高质量的ITO 薄膜，制备高密度、高纯度和高均匀性的ITO靶材是关键。ITO溅射靶的理论密度为7115g/cm3。优质的成品ITO溅射靶应具有≥99%的相对密度。这样的靶材才具有较低电阻率、较高导热率及较高的机械强度。高密度靶可以在温度较低条件下在玻璃基片上溅射，获得较低电阻率和较高透光率的导电薄膜。甚至可以在有机材料上溅射ITO导电膜。 目前ITO靶材的制备方法主要有热压法、冷等静压-烧结法、热等静压法。其中热等静压法制备的ITO靶材的质量最高，其相对密度能达到99%以上，但是需要昂贵的设备，制备成本较高，周期较长。采用冷等静压-烧结法，烧结温度高，保温时间长，制备工艺复杂。放电等离子烧结(SPS)是在脉冲电流作用下，粉末颗粒间放电，产生瞬间高温进行烧结。SPS 技术具有快速、低温、高效率等优点。能在很低的烧结温度下，保温很短的时间制备高密度的材料。 日本新金属学会在二十世纪九十年代初期就把ITO靶材列为高科技金属材料的第一位。我国在“九五”期间也曾将它作为国家“九五”攻关重点项目进行立项研究，尝试了热压、烧结以及热等静压几种制备方法，但是未能形成大规模的工业化生产。国外生产的ITO靶
ITO靶材制备
ITO靶材的制备及其性能研究 培养单位：材料复合新技术国家重点实验室 学科专业：复合材料学 研 究 生：郭 伟 指导老师：王为民 教 授 2009年5月
分类号 学校代码 10497 UDC 学号 104972060235 学 位 论 文 题 目 ITO 靶材的制备及其性能研究 英 文 题 目 Study on Fabrication of ITO Targets and Its properties 研究生姓名 郭 伟 姓 名 王为民 职称 教授 学位 博士 单位名称 材料复合新技术国家重点实验室 邮 编 430070 申请学位级别 硕 士 学科专业名称 复合材料学 论文提交日期 2009.5 论文答辩日期 2009.5 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2009年5月 指导教师
独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 (保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生（签名）：导师（签名）：日期：
ITO靶材烧结工艺
ITO靶材烧结工艺 ITO（氧化铟锡）是制备ITO导电玻璃的重要原料。ITO 靶材经溅射后可在玻璃上形成透明ITO导电薄膜，其性能是决定导电玻璃产品质量、生产效率、成品率的关键因素。ITO 靶材性能的重要指标是成分、相结构和密度，ITO溅射靶材的 成分为In 2O 3 +SnO 2 ，氧化铟与氧化锡成分配比通常为90:10（质 量比），在ITO靶材的生产过程中必须严格控制化学氧含量及杂质含量，以确保靶材纯度。 ITO靶材制备流程 一、ITO靶材的成型工艺 制备出成分均匀、致密度较高的初坯，对经过低温热脱脂和烧结后工艺处理得到的靶材的致密度和电阻率有着重要的作用。目前在靶材成形方面常用的方法主要有：冷等静压成
形、注浆成形、爆炸压实成形、凝胶注模成形等。 二、ITO靶材的烧结工艺 经过成形工艺处理后的ITO素坯只是半成品，素坯需要进行进一步的烧结处理得到ITO靶材。 ITO靶材的烧结技术主要由以下几种：常压烧结法、热压法、热等静压法（HIP）、微波烧结法、放电等离子烧结法等。 三、常压烧结法 又称气氛烧结法，是指以预压方式制造高密度的靶材，在一定的气氛和温度下烧结的方法。由于对气氛和温度分别进行了严格的控制，避免了晶粒的长大，提高了晶粒分布的均匀性。 特点：该法具备生产成本低、靶材密度高、可制备大尺寸靶材等优点。但是，常压烧结法一般通过添加烧结助剂进行烧结，而烧结助剂难以彻底去除，而且在烧结过程中靶材容易断裂，因此该法对其生产工艺提出了较高的技术要求。日本企业就是以其成熟的常压烧结法作为主要技术，生产的靶材具有高性能 四、热等静压法 其原理是在高压氩气的氛围下，将粉体材料置入具有高温高压的容器中，粉体在均匀压力的作用下形成密度非常高的靶材。