銦錫氧化物（ITO）粉體及高性能ITO靶材的制備與研究.pdf

1、本文以熱等靜壓制備銦錫氧化物（ITO）靶材的工藝流程為主線，借助熱分析（TGA-DTA）、X射線衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）、能量分散譜（EDS）等分析手段，系統(tǒng)地研究了球形和針狀ITO粉末的制備以及熱等靜壓制備ITO靶材的相關工藝，成功地制備了外形規(guī)整的、密度大于99﹪的圓柱形ITO靶材。 綜述了ITO靶材市場需求的概況以及近幾十年來ITO粉體、ITO靶材的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，簡要地總結了熱等靜壓法以

2、及燒結法制備ITO靶材在制備工藝及相關技術上的異同點，并在此基礎上指出了本文研究的目的和意義。 探討了共沉淀反應過程的各種工藝參數(shù)對球形ITO粉體前驅體相結構等的影響，并對前驅體向ITO固溶體的相轉變過程進行了系統(tǒng)的表征。發(fā)現(xiàn)在近中性和堿性環(huán)境下可以分別獲得單相正交結構InOOH和立方結構In(OH)3的前驅體，且兩者在向立方結構ITO固溶體轉變的過程中前者相對于后者來說出現(xiàn)了剛玉型結構ITO固溶體中間相。 在常壓下（1

3、atm）用普通的濃縮或共沉淀法分別制備了微米級和納米級針狀ITO粉末。結果表明：微米級ITO針的直徑主要為2～9μm，而且約95﹪的針的長徑比大于6，且針的含Sn量由表層向核心逐漸減小。ITO納米針的直徑主要為20-60nm，長徑比為4-12。ITO前驅體納米針是由直徑為3-4nm的非常規(guī)整地排列成平行于軸向的納米絲組成的，且針中的納米絲是沿In(OH)3的[100]晶向擇優(yōu)取向生長的，而ITO納米針卻是由其平坦面垂直于針的軸向的薄片狀

4、亞單元組成的。 本文較為詳細地研究了球形粉末后處理、冷等靜壓工藝、隔離材料等對熱等靜壓制備ITO靶材的影響，并對熱等靜壓制備ITO靶材的過程進行了計算機模擬。結果表明：球形ITO粉末進行熱處理后形成了晶格常數(shù)相對于In2O3來說有所增大的單相ITO固溶體，且粉體的搖實密度增加顯著。ITO粉末還原后，會在晶粒表面生成In : Sn為97 : 3的銦錫合金，而這種銦錫合金對ITO粉末不潤濕并形成球形顆粒，且晶粒表面的In含量相對于S

5、n來說隨著還原度的提高有增大的趨勢。壓力是制約ITO生坯冷等靜壓成型相對密度的關鍵因素。ITO靶材的熱等靜壓過程中采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制作包套，利用氧化鋁粉和石墨粉或六方BN粉的混合粉體作為隔離材料，并對靶體輔以鉑箔包裹進行熱等靜壓時隔離方案起到了應有的隔離效果。ITO靶材的晶粒尺寸基本上為1-10μm并且分布均勻，靶材的斷口為沿晶斷裂。靶材基本上全為ITO固溶體相，但是在32.25°2θ存在一個可能是由In、Sn的低價氧化物

6、相或In、Sn金屬相所產生的弱衍射峰。采用未經致密化處理的粉末經熱等靜壓制備的ITO靶材的晶粒分布很寬且局部存在異常長大的晶粒，靶體內存在大量的內孔隙，靶體的主晶相仍為ITO固溶體，但靶體內部析出了含量約為4.6 wt﹪的SnO2相。 本文還嘗試了燒結法制備小塊ITO靶材的工藝過程，并對所制備的ITO靶材的斷口、相結構以及成分等進行了分析。同時也初步探討了熱等靜壓ITO靶材磁控濺射獲得ITO膜的制備過程，并研究了相關工藝參數(shù)對膜

7、的結構、導電率、表面形貌以及透光率等的影響。結果表明：在空氣氣氛中燒結的靶材中出現(xiàn)大量尺寸達10-20μm的孔洞，靶材的Sn含量要低于純氧氣氛燒結的靶材，而且前者的ITO固溶體的晶格常數(shù)小于后者的固溶體的晶格常數(shù)。在低氧分壓的條件下濺射，膜的（400）面非常顯著地擇優(yōu)平行于玻璃表面，而隨著氧壓的升高卻表現(xiàn)為膜的（222）面擇優(yōu)取向平行于玻璃表面。隨著氧壓的升高，膜的表面粗糙度起伏變小的同時膜的結構也越來越細膩。膜的可見光透過率在氧分壓增