氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的透明导电性能而被广泛应用于显示面板的彩色滤光片(CF)和薄膜晶体管(TFT)、触摸屏、发光二极管、电子纸、薄膜太阳能电池等。实际应用中,ITO 薄膜的制备主要是采用具有大面积、连续化等优势的磁控溅射法,而 ITO 靶材是核心材料。
制备 ITO 靶材的主要原料是铟,而中国的铟探明储量居世界第一,仅广西保有储量就占全国的 55%,是世界铟资源最丰富、最集中的地区。由于国外对 ITO靶材制备术的严格封锁以及对相关设备的禁运,出现了国外 ITO 靶材企业从国内低价进口金属铟,经深加工成靶材后再高价卖回中国赚取丰厚利润的状况,不仅让国内,特别是广西的铟资源优势不能转化为现实的经济优势,而且降低了国内显示面板企业对进口 ITO 靶材的议价能力,制约了产业的健康发展。随着我国成为全球最大的平板显示、太阳能光伏电池、触摸屏、发光二极管等生产基地,这种资源低附加值问题愈显突出。2018 年,科技日报将 ITO 靶材列为我国 35 项“卡脖子”技术之一,是亟待攻克的核心技术。
目前 ITO 靶材制备方法有热等静压法、真空热压法、冷等静压-烧结法、微波烧结法等。热等静压法可以制备高致密度 ITO 靶材,但使用热等静压法制备 ITO 靶材也具有明显的缺点,设备昂贵、生产效率低、产品竞争力不强。真空热压法制备出的陶瓷具有一定缺陷,而且此方法对模具材料要求高、模具损耗大、寿命短。冷等静压-烧结法制备出的靶材生坯具有较高的致密度和均匀性,但其设备昂贵,制造工艺复杂。微波烧结是一种与其他靶材制备方法不同的制备方法。它利用微波加热 ITO坯体来实现烧结,而不是像传统加热方法那样依靠发热体通过对流、传导或辐射传递热量来加热素坯。微波烧结利用微波的特殊波段与材料的基本细微结构相结合产生热量,材料的介质损耗使其整体加热至烧结温度,从而实现致密化。相比传统烧结方法,微波烧结具有升温速率快、加热效率高、能源利用率高以及绿色无污染等优点。但想要获得高致密度的靶材,仍对生坯致密度有较高的要求。冷烧结技术在降低陶瓷材料烧结温度、优化组织结构、提高物理化学性能方面拥有巨大的优势。对于 ITO 靶材而言,虽然无法通过冷烧结直接一步获得致密的ITO 靶材,但是可以采用冷烧结的方式来制备较高密度的 ITO 生坯。此外,原料粉体的选择也对制备高质量 ITO 溅射靶材起到至关重要的作用。一般认为,In2O3-SnO2 混合粉末的烧结机制要比掺锡氧化铟(ITO)粉末的烧结机制更为复杂,但 In2O3-SnO2混合粉末的烧结活性更高,且制备成本更低,,工艺更为简单,而 ITO 粉末拥有更好的均匀性,对于烧结后 ITO 靶材的组分均匀性有较大影响。