國內(nèi)濺射靶材發展與應用
20 世紀90 年(nián)代以來靶材已蓬勃發展成為(wèi)一(yī)個專業化産業，中國及亞太地(dì)區靶材的(de)需求占有
世界70%以上的(de)市場份額。大量不同的(de)沉積技術用來沉積生長(cháng)各種薄膜 ，而靶材是制作薄膜的(de)關
鍵，品質的(de)好壞對薄膜的(de)意義重大。目前高(gāo)端品質靶材主要由:日本、德國和(hé)美國生産，我國靶
材産業起步較晚，在産品質量與精細标準上與國外有不少的(de)差距，國內(nèi)也有許多大學(xué)及研究機構
對靶材積極投入了大量鑽研與開發，經過這幾年(nián)的(de)發展也湧現了一(yī)批在靶材行業優秀的(de)公司和(hé)院
校。在國內(nèi)占據了大部分中等和(hé)要求不高(gāo)的(de)靶材市場份額。
1 靶材應用行業分類
1.1 裝飾、工模具鍍膜行業靶材鉻靶（Cr），平面鉻靶，噴塗鉻管；
鉻矽靶90/10Wt%,50/50at%,25/75at%(電弧，平面靶，旋轉管靶）；
钛鋁靶50/50at%,70Ti/30at%,67AL/33at%（電弧，平面靶，旋轉管靶）；
钛鋁矽靶1:1:1at%,1:2:1at%(電弧，平面靶，旋轉管靶）；
钛靶，钛管靶，锆靶；
金靶，玫瑰金靶；
石墨靶，鎳靶，鋁靶，不鏽鋼靶等。
1.2 太陽能光伏光熱行業靶材
氧化鋅鋁靶ZAO； 矽靶；钛靶、氧化钛靶；鋁靶；鉻靶、鎳鉻；鋅鋁、鎢、钼
靶等。
1.3 建築汽車玻璃大面積鍍膜
矽鋁靶、旋轉矽鋁靶；氧化钛靶；錫靶；鉻靶；矽靶；钛靶、不鏽鋼靶。
1.4 平面顯示行業
ITO 靶；二氧化矽靶；高(gāo)純矽靶5-7N；高(gāo)純鉻靶3N5；TFT 钼靶；钼铌靶；鎢钛
靶90/10wt%；高(gāo)純鋁靶等。
1.5 光學(xué)，光通信，光存儲行業
銀靶；钽靶；硫化鋅靶；高(gāo)純鋁靶；矽靶。
2 常用靶形
常用靶形有電弧靶、平面靶、旋轉管靶。
2.1 平面靶材利用率提高(gāo)方式
（1）改變磁鐵運動方向
（2）改變磁力線分布寬度和(hé)高(gāo)度
2.2 靶材性能與要求
靶材質量直接影響着薄膜的(de)物理(lǐ)、外觀、力學(xué)等性能，因而對靶材質量的(de)評判較為(wèi)嚴格，主
要應滿足以下要求：雜質及氧含量低(dī)、純度高(gāo)；緻密度高(gāo)；成分與組織結構均勻；晶粒尺寸細小。
2.3 劣質靶材缺陷
a)和(hé)b)為(wèi)熔煉鉻靶燒蝕後靶面情況
c)靶面有凹痕為(wèi)引弧針安裝不當導緻的(de)
d)水晶鍍膜靶材密度不夠，燒蝕後區别
e)等離(lí)子(zǐ)噴塗氧化钛旋轉管靶不良
3 介紹幾款常用靶材的(de)應用
3.1 裝飾、工模具钛鋁靶應用
高(gāo)钛低(dī)鋁：50/50at% 70Ti/30at% 80Ti/20at%
高(gāo)鋁低(dī)钛：67AL/33at% 75AI/25wt% 80AL/20 wt%
3.2 钛鋁靶材應用
鑄造法制做(zuò)钛鋁合金靶材無法避免疏松和(hé)縮孔，大尺寸钛鋁鑄管和(hé)鑄錠不能保證制成旋轉管
靶時達到密封和(hé)防水效果，并且随着管壁的(de)刻蝕，壁厚變薄，疏松和(hé)縮孔隻要有一(yī)個孔連通，密
封性會變的(de)更加糟糕，輕者滲漏，靶管起輝放電，或大量雜氣摻于反應不是掉膜就是起彩顔色不
對。嚴重者直接從疏孔向真空室射水，污染真孔腔和(hé)真空機組。
粉末冶金工藝制做(zuò)钛鋁靶材沒有疏松和(hé)縮孔的(de)問題，但從粉末冶金微觀來看也是多孔材料，
所以要想制做(zuò)钛鋁旋轉管靶，對材料緻密性要求很嚴，密度必需>98%以上。但符合密度要求也不
代表可(kě)以使用。如(rú)果钛鋁錠的(de)含氧量很高(gāo)而且微觀結構不合理(lǐ)，钛鋁錠內(nèi)應力大，容易崩,也是
不能做(zuò)旋轉管靶的(de)，所以在粉末制做(zuò)和(hé)粒度配比上有很多條件要求。既使滿足這些條件,粉末冶
金钛鋁環還需綁錠在不鏽鋼管或钛管上，由于钛鋁熱膨脹系數很大，在濺射時局部靶材膨脹可(kě)能達到0.5-1MM，所以現在傳統綁錠方式不能有效解決這個問題。出現钛鋁綁錠分離(lí),靶面熱能無法
傳導而爆裂的(de)現象。緻于所謂緊配綁錠和(hé)等離(lí)子(zǐ)噴塗钛鋁合金靶那都是沒有意義的(de)解決方案，不能使用。低(dī)檔鍾表手飾沒有薄膜厚度和(hé)光澤度要求。大多采用電弧钛鋁靶沉積TiAlN。高(gāo)檔品牌表要求厚度
達到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勢。目前比較好的(de)方
式是采用旋轉管靶沉積TiAlN，不僅顔色更接近玫瑰金而且厚度增加後光澤度也不受影響。
3.3 SVC 系列矽合金靶
主要是沉積超硬膜方面的(de)靶材，近年(nián)鍾表，手機在這方面有要求：如(rú)黑色防指紋超硬膜，不
鏽鋼機殼加硬，仿金色超硬膜等。這一(yī)含矽系列靶材在鍍膜時是多種化合物共沉積的(de)薄膜，如(rú)鉻
矽靶在制做(zuò)IP 黑薄膜時通入反應氣體C2H2 鉻離(lí)子(zǐ)與C 元素反應沉積生成黑色碳化鉻（CrC）同時矽（Si）又與C 反應生成SiC。這種金屬碳化物陶瓷與碳化矽交替沉積和(hé)咬合的(de)薄膜不僅提高(gāo)了
硬度，而且還保持了碳化矽表面磨擦系數很低(dī)的(de)特性。
更有最新證據證明鉻矽靶，钛矽靶反應生成的(de)Ti/Cr/TiAlC/SiC 結構薄膜是DLC 最好的(de)過渡連結層，可(kě)以在Ti/Cr/TiAlC/SiC 上生長(cháng)DLC 厚膜，這是非常有意義的(de)事。鍍膜權威專家袁鎮海
教授指出具有微觀菱形氮化矽包裹氮化钛鋁的(de)PLAITING 鍍層，有可(kě)能采用的(de)就是矽鋁靶和(hé)钛靶，
或者钛鋁矽靶沉積的(de)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(nián)增長(cháng)很快，主要集中在中山古鎮和(hé)義烏浦江為(wèi)主。古鎮是以
燈飾水晶鍍膜為(wèi)主有大小企業幾十家。浙江義烏以水晶飾品為(wèi)主。大多采用彙成真空電弧加磁控
鍍膜設備。主要有幹邑色，琥珀色，酒紅(hóng)色，AB 彩，玫紅(hóng)色，金黃色，墨綠色，豬肝色等。
水晶鍍膜琥珀色，酒紅(hóng)色靶材是深圳矽谷公司鐵基合金zhuanli靶材。主推是旋轉管靶和(hé)平面靶，
電弧靶由于蒸發量大，顔色不如(rú)旋轉靶好，市場低(dī)端也可(kě)接受，高(gāo)端鍍膜由江門唐人張鍍膜廠為(wèi)
代表，産品質量穩定，外觀顔色均勻靓麗，該公司采用的(de)就是大型平面靶。由于水晶鍍膜廠大多
是一(yī)台機或兩台機的(de)小廠，在鍍膜技術上還比較薄弱，特别是對前處理(lǐ)清洗沒有概念，所以經常
出現掉膜或退色現象。傳統鍾表首飾清洗方法中并不适用水晶鍍膜清洗。
3.4.1 水晶鍍膜工藝案例清洗參考
• 用不鏽鋼方網裝入水晶吊墜；• 80-90℃超聲波低(dī)濃度除油水5-10 分鍾（1KG/100L 純水）主要目的(de)是除油和(hé)油性物質污
染；
• 過純水；
• 40-50℃超聲波低(dī)濃度酸洗（鹽酸2L/100L 純水）主要目的(de)是去(qù)除表面發黴長(cháng)毛及朦白污
染物）；
• 過純水；
• 過雙氧水和(hé)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
加薄膜與水晶結合力）；
• 多缸活水漂洗；
• 挂架烘烤100-130℃；
• 進爐。
3.4.2 水晶鍍膜工藝案例參考
• 抽真空緻優于1.0×10﹣2 Pa ；
• 通入氩氣真空度3.0×100 Pa ；
• 偏壓-300~-500V（輝光清洗）5 分鍾；
• 恢複真空；
• 調整好轉架轉速；
• 通入氩氣和(hé)氧氣（1:2）真空度7.0×10﹣1Pa 待真空穩定後同時打開所有電弧（100～140A）60~90 秒；
• 關閉弧源，氣體結束鍍膜。
• 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(hóng)色、幹邑色 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(gāo)猛酸鉀/50L 水 溫度80℃-90℃浸
泡
3.5 國內(nèi)外钛鋁靶材制造商生産能力
3.6 進口與國産ITO 靶材比較3.7 ITO 靶材市場應用狀況
全球2005 年(nián)需求563t，2007 年(nián)869t，2009 年(nián)1300t，2010 年(nián)1445t，2012 年(nián)将近2000t，
每年(nián)以平均15%的(de)增長(cháng)率遞增。其中日本日礦材料公司占市場50%，日本三井礦業占25%，東曹占
15%，三星科甯占10%，國內(nèi)靶材公司占據數額幾乎可(kě)以忽略不計。4 靶材EDS 檢測方法及薄膜XPS 檢測
以Cr--Si 靶材為(wèi)例，是從靶塊切下一(yī)小塊樣品，圖1 是樣品的(de)掃瞄電鏡表面形貌。圖2 為(wèi)
圖1 對應部位的(de)能量散射譜元素半定量分析數據。
圖1. 樣品測試位置SEM 圖 圖2. EDS1 的(de)能譜檢測結果
玫瑰金鍍層成分随深度變化的(de)XPS 試驗方法與結果：本節樣品是鍍玫瑰金的(de)表殼。圖3 是鍍
層最表面的(de)成分，主要是吸附的(de)碳和(hé)氧；圖4 是刻蝕至15nm 深處，其成分是金和(hé)銅，是玫瑰金
色的(de)金合金主要成分；圖5 是刻蝕至80nm 深處，成分主要是钛和(hé)氧，是玫瑰金層下的(de)底層。圖4. 氩離(lí)子(zǐ)濺射掉表面約15nm 污染後的(de)XPS 全譜圖5. 氩離(lí)子(zǐ)濺射掉表面約80nm 污染後的(de)XPS 全譜
5 結束語
國外靶材公司占據了高(gāo)端市場，國內(nèi)靶材公司産品大多集中在裝飾和(hé)工模具及大面積鍍膜
行業；我國是産铟大國，每年(nián)國內(nèi)ITO 靶材需求約1000 億人民币，而我們國內(nèi)靶材公司連5%都
做(zuò)不到，存在很大的(de)差距。究竟是設備原因？還是工業技術落後？或者是我們理(lǐ)論上面的(de)缺失？
如(rú)何制造高(gāo)端靶材占據國內(nèi)市場？未來方向是什麽？廣大科研工作者和(hé)靶材公司要努力改變現
狀。
