[发明专利]高致密度氧化锌基靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，特别涉及一种用于制备宽禁带透明氧化锌基薄膜的高致密度氧化锌基陶瓷靶材及其制备方法。

背景技术

随着半导体、计算机、太阳能等领域的迅猛发展，透明导电氧化物（TCO）薄膜由于兼有良好的导电性和高透射率，可广泛应用于透明电极、液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、有机发光二极管（OLED）等高清晰平板显示器，太阳能电池和各种光电设备中。此外TCO也可应用于气敏元件、红外辐射反射镜、低辐射镀膜玻璃、抗静电涂层、防冰除霜功能玻璃等。目前工业上应用最广泛的透明导电薄膜是ITO（Tin doped Indium Oxide）薄膜，但它具有价格昂贵，高温下透过率迅速降低，且在氢等离子体中容易被还原，应用到太阳能电池中使电池的效率降低等缺点；ZnO价格低廉，原料丰富，在氢离子气氛中比ITO稳定，不仅能制成高阻透明ZnO薄膜，应用于薄膜太阳能电池的窗口层和扩散阻挡层，亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜，完全可以作为ITO薄膜的替代材料。在ZnO中掺入Ga、Al、In或F离子能改善ZnO膜的光学和电学性能，目前已经在薄膜太阳能电池中得到了广泛应用。

氧化锌基靶材的制备方法通常有常压烧结、热压烧结。

常压烧结是将锌源与氧源粉末经过冷等静压或模压后，在特定的气氛中高温烧结，使得坯体烧结致密。烧结法生产氧化锌基靶材工序简单，但是烧结法得到最终料坯致密度只能达到理论密度的95%左右，并且烧结温度高，靶材晶粒尺寸较大。想要通过烧结法得到高致密度的靶材必须需要超细纳米粉体，提高烧结活性，但同时容易造成晶粒粗大且组织不均匀。在公开号CN101575207A的发明专利《一种锗掺杂的AZO靶材及其制备方法》及公开号CN101580384A的专利《一种钇掺杂的AZO靶材及其制备方法》中均采用常压、常气氛进行AZO靶材的烧结，烧结温度高达1600℃，制备的氧化锌基靶材相对密度为96%。

热压烧结利用粉料在加热到一定温度后，所具有的热塑性和流动性，在一个工序中同时完成成型与烧结两个过程，在公开号CN102312202A的发明专利《一种氧化锌基宽禁带陶瓷靶材及其制备方法》中采用了热压烧结工艺制备氧化锌基陶瓷靶材。虽然工艺简单，但存在以下缺点：石墨会渗透到靶材内部，将氧化锌基粉末还原，引起靶材碳含量急剧增加，渗碳极难去除，脱碳后的靶材内部容易形成大量的孔洞；同时热压工艺制备氧化锌基靶材难以实现大尺寸化；热压氧化锌基靶材内部相对密度不均匀，中部与边缘密度差别达5％以上，难以获得高质量高密度的氧化锌基靶材。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高致密度氧化锌基靶材及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高致密度氧化锌基靶材的制备方法，依次包括如下步骤：

混料步骤：向原料中加入粘结剂和水，混合均匀，得到均匀浆料，然后将所述浆料进行干燥并制粉，得到粒度分布均匀的干燥粉末颗粒；

脱粘结剂及除气步骤：将所述干燥粉末颗粒装入对应尺寸的包套内，进行脱粘结剂及除气处理；

热等静压步骤：将脱粘结剂及除气完毕的包套封焊后进行热等静压处理；

退火步骤：对去除包套后的锭坯进行退火处理。

在上述制备方法中，所述粘结剂可以是本领域常用的粘结剂，作为一种优选方式，所述粘结剂可以是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛或乙醇。

在上述制备方法中，所述原料包括锌源和氧源，所述锌源和氧源的用量可以是本领域常规用量，作为一种优选方式，当所述锌源和氧源为两种不同的物质时，所述锌源和氧源的质量比为1:1至6:1，所述锌源可以为金属锌、醋酸锌、草酸锌、柠檬酸锌、硝酸锌、硫酸锌、氟化锌和氯化锌中的一种或多种，所述氧源可以为氨水、尿素、硫脲和肼中的一种或多种。所述锌源与氧源还可以为同一种物质，即均为ZnO粉末，也可以说为，锌氧源为ZnO粉末，所述ZnO粉末的平均粒度优选为0.005-5μm。

在上述制备方法中，所述原料还可以包括掺杂源，所述掺杂源至少为氧化铟粉末、氧化镓粉末、氧化锂粉、锰粉、氧化钇粉、氧化锆粉、钨粉、银粉、铜粉、氧化锡粉、铋粉、钴粉、镍粉、钛粉、钼粉、铬粉、氧化钒粉、硼粉和氧化铝粉末中的一种，所述锌源和氧源的总质量与掺杂源的质量比为5:1至500:1。

在上述制备方法中，所述混料步骤得到的干燥粉末颗粒的平均粒度优选为5-50μm。