[发明专利]一种稀土掺杂X-IGZO靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂X‑IGZO靶材及其制备方法，属于靶材技术领域。所述X‑IGZO靶材的粉体成分包括稀土氧化物粉末、氧化铟、氧化镓、氧化锌粉末，所述的稀土氧化物粉末为氧化镧、氧化镨、氧化钕任何之一或者其中两种混合物，所述稀土氧化物粉末的质量含量为总质量1％‑3％；所述氧化镓质量含量为总质量15％，所述氧化锌质量含量为总质量20％，余量为氧化铟。制备工艺采取独特的球磨粗磨+精磨+纳米砂磨三步法工艺，可以确保稀有氧化物粉末在整个粉体中分布的均匀性，确保了烧结后的靶材密度、电阻率、晶粒尺寸的均匀性，从而为客户指标发出高性能的TFT基建打下了基础。可以解决IGZO迁移率低、稳定性差的根本性问题。

技术领域

本发明属于靶材技术领域，具体而言是一种稀土掺杂X-IGZO靶材。

背景技术

作为下一代新型显示技术的新趋势，MicroLED渐渐在新型显示赛道占据“高位”，成为行业竞争布局的重点。然而，除了巨量转移等技术难点之外，MicroLED对TFT技术要求也非常高。，目前商用化的氧化物半导体IGZO靶材在Micro-LED应用也存在一些问题，主要是电子迁移率较低，在光照、加热下稳定性差。

因此，氧化物TFT仍需从工艺、稳定性等各方面补齐短板，而且要维持一些好的性能指标。它需要一个合适的靶材作为支撑材料。目前IGZO靶材主要通过掺杂铟、镓的方式获得性能的平衡，但掺Ga也存在一些问题：IGZO必须掺入大量Ga，抑制氧空位并提高稳定性；Ga离子的轨道半径比In离子的小很多，掺入Ga会减少电子轨道的交叠，降低电子迁移率。稀土元素最重要的是有丰富的电子能级结构。如果利用好的电子迁移结构和好的材料，可能会有很大的改善。

从稀土中找到了几款比较合适掺杂的材料，可以解决IGZO迁移率低、稳定性差的根本性问题，主要通过微量掺杂稀土元素制备X-IGZO靶材，来大范围调半导体沟道材料及TFT的特性。利用稀土元素的高断键、低点电负性决定了oxide半导体中氧空位的数量，减少了深能级缺陷，且通过引入快速非辐射跃迁通道提高了光稳定性。

以上材料基于oxide TFT器件，结合全新的像素电路设计，有希望解决LED显示应用中的大电流驱动、色差、灰阶等技术限制；而且目前高迁移率，高稳定性的IGZO系列TFT技术基本成熟，且器件迁移率还可以持续提高，具备与Micro-LED技术结合的潜力。

专利申请CN114649408A金属氧化物半导体材料、靶材及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法，在解决相关技术中金属氧化物半导体TFT在NBIS下阈值电压负漂，引起显示画面的劣化的问题提供一种金属氧化物半导体材料，包括：半导体基质材料；以及掺杂在所述半导体基质材料中的至少一种稀土化合物，每种稀土化合物的通式表示为(MFD)aAb；在通式(MFD)aAb中，MFD选自稀土元素中，能够发生f-d跃迁和/或电荷转移跃迁的元素中的一种，A选自能够使相应的MFD发生f-d跃迁和/或电荷转移跃迁的吸收光谱的波段红移至可见光波段范围内的元素，a为通式(MFD)aAb中元素MFD的原子个数，b为元素A的原子个数。给出了选择一系列稀土元素的技术方案，但是未明确选择某种稀土元素带来的性能指标的提升进行深入的研究。

发明内容

本发明提出了具体的稀土掺杂IGZO靶材的配方及制备方法，以解决上述技术问题。

一种稀土掺杂X-IGZO靶材，所述X-IGZO靶材的粉体成分包括稀土氧化物粉末、氧化铟、氧化镓、氧化锌粉末，所述的稀土氧化物粉末为氧化镧、氧化镨、氧化钕任何之一或者其中两种的混合物，所述稀土氧化物粉末的质量含量为总质量1％-3％；所述氧化镓质量含量为总质量15％，所述氧化锌质量含量为总质量20％，余量为氧化铟。

当含有所述的氧化镧、氧化镨、氧化钕时，各组分的含量相同。

所述X-IGZO靶材的粉体的D50＝50-60um，松装密度1.4-1.5g/cm3。

一种稀土掺杂X-IGZO旋转靶材的制备方法，按照前述的成分，按照以下几个步骤来制备靶材：