一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法与流程

本发明属于半导体及氧化物靶材，具体涉及一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法。

背景技术：

1、透明导电氧化物薄膜(transparent conductive oxide)因其具有金属般良好的导电性能、玻璃般的高透光性、红外区高反射率以及其他优良的半导体特性被广泛应用于显示器、太阳能电池、发光二极管、触摸屏、气体传感器，以及微电子、真空电子器件等领域。红外透明导电薄膜在军事以及民用领域都具有重要的应用价值。对于民用领域，可以应用于电子和能源工业、传感技术、光电技术等领域，例如作为红外透明电极应用于红外太阳能电池和红外激光器。对于军事领域，其可以应用于红外成像、航天器窗口等领域。因此，红外透明导电薄膜是非常有应用价值的材料。

2、现有的透明导电氧化物薄膜大多通过氧化锡掺杂氧化铟的靶材制备而成，由于锡取代铟使得这种靶材的电子浓度高、电子的迁移率低，导致经由这种靶材制备的透明导电氧化物薄膜红外波段透光能力差。

3、五氧化二钽是一种高折射率镀膜材料，主要用于激光器，光通讯，太阳能电池的元件。通过铈钛钽等元素掺杂可提高氧化铟靶材的相应性能。如在我们的前期专利cn116199496 a中，通过氧化锌粉体和稀有金属氧化物如氧化铈、氧化钛、氧化钽、氧化镓、氧化锗粉末的混合掺杂，可以显著提高靶材的电导率。专利cn 114180938 a公开了一种氧化铟铈钛钽粉体，通过对混合粉体的粒径进行控制，可以避免大粒径稀有金属元素掺入氧化铟引起的成分不均一的问题。专利cn 116082045 a公开了一种改善氧化铟钛钽铈性能的方法，通过采用铟、钛、钽、铈原液和强碱性沉淀剂混合反应生成氢氧化铟、钛、钽、铈沉淀物，再通过烘干、研磨、煅烧等工序制备出粒子均匀程度更高的氧化铟钛钽铈粉末；并对氧化铟钛钽铈前驱体的粒径进行控制，从而使得煅烧后生成的氧化铟钛钽铈粉末具有更好的粒子均匀性。

4、上述现有技术均是从掺杂元素或混合粉末粒径控制方面来改善相应的电导率、均匀性和致密度。对于烧结过程的条件控制对靶材的相对密度、抗弯强度和迁移率的影响未有相应研究。

技术实现思路

1、针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法。

2、本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材。

3、本发明目的通过以下技术方案实现：

4、一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，包括如下制备步骤：

5、(1)将氧化钛(tio2)、五氧化二钽(ta2o5)、氧化铈(ceo2)、氧化铟(in2o3)粉末与分散剂、粘结剂和去离子水加入到球磨罐中进行湿法球磨，得到混合浆料；

6、(2)将步骤(1)所得混合浆料经干燥、粉碎、过筛，然后在空气气氛及600～800℃温度下煅烧处理，压制成型，得到靶坯；

7、(3)将步骤(2)所得靶坯放入真空设备中进行抽真空处理，再进行充氧处理至压力为60～100kpa；

8、(4)将步骤(3)处理后的靶材放入烧结炉中，升温至1450～1500℃在常压空气条件下进行烧结处理，得到高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材。

9、优选地，步骤(1)中各氧化物粉末加入的摩尔比in2o3:tio2:ta2o5:ceo2＝81～87:2～8:1～3:5～11。

10、优选地，步骤(1)中所述分散剂为聚乙烯吡络烷酮、聚羧酸系化合物、聚乙烯酸盐中的一种或多种。

11、优选地，步骤(1)中所述粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐、聚乙二醇中的一种或多种。

12、优选地，步骤(1)中所述混合浆料的粒径d50＜0.5μm，d90＜1μm。

13、优选地，步骤(2)中所述干燥的温度为100～120℃；所述过筛是指过60～80目筛。

14、优选地，步骤(2)中所述煅烧处理的时间为2～3h。

15、优选地，步骤(2)中所述压制成型是指依次经30～60mpa液压成型和350～450mpa冷等静压成型。

16、优选地，步骤(3)中所述抽真空处理使真空度达到10-4～10-3pa。

17、优选地，步骤(3)中所述充氧处理的氧气纯度不低于99.99％，含水量小于5ppm；充氧处理的保持时间为30～60min。

18、优选地，步骤(4)中所述烧结处理过程为：先以0.5～1℃/min升温至600～800℃，保温2～3h，然后以0.8～1.2℃/min升温至1450～1500℃，进行保温8～10h。

19、一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材，通过上述方法制备得到。

20、优选地，所述高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的相对密度≥99.5％，抗弯强度≥182mpa，迁移率≥75％。

21、本发明原理为：靶胚的空隙是不利于实现靶材烧结过程的致密化的，通过抽真空后充氧处理，使得空隙中充满氧，在烧结过程中，空隙中的氧可以抑制靶材的分解及挥发，从而提高了密度，而且可以缩短保温时间；靶材中是有氧空位的，空隙中的氧气更容易通过氧空位和材料中的晶界区扩散使晶界过氧或者氧“偏析”最后扩散消除，晶粒也不至于过大从而影响靶材性能，在靶材后期的溅射过程中，对膜的迁移率的提高有一定的优势；靶材组分加入氧化钽，在烧结过程中，与其他组分协同作用使得靶材最终的抗弯强度有一定的优势。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、(1)采用本发明方法制备得到的氧化铟掺杂铈钛钽靶材密度高、成分分布均匀性好，使得使用该靶材的导电氧化物薄膜的红外波段的透光率得到提高，而且具有优异的导电性能，不影响作为导电电极使用，同时薄膜的其他物理化学性能与传统的氧化铟锡(ito)薄膜一致。

24、(2)本发明通过在烧结之前对靶坯进行抽真空处理和一定压力的充氧处理，经验证可以显著提高靶材相对密度、抗弯强度和迁移率。

技术特征：

1.一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中各氧化物粉末加入的摩尔比in2o3:tio2:ta2o5:ceo2＝81～87:2～8:1～3:5～11。

3.根据权利要求1或2所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述分散剂为聚乙烯吡络烷酮、聚羧酸系化合物、聚乙烯酸盐中的一种或多种；所述粘结剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐、聚乙二醇中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合浆料的粒径d50＜0.5μm，d90＜1μm。

5.根据权利要求1所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述干燥的温度为100～120℃；所述过筛是指过60～80目筛；所述煅烧处理的时间为2～3h。

6.根据权利要求1所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述压制成型是指依次经30～60mpa液压成型和350～450mpa冷等静压成型。

7.根据权利要求1所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述抽真空处理使真空度达到10-4～10-3pa；所述充氧处理的氧气纯度不低于99.99％，含水量小于5ppm；充氧处理的保持时间为30～60min。

8.根据权利要求1所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述烧结处理过程为：先以0.5～1℃/min升温至600～800℃，保温2～3h，然后以0.8～1.2℃/min升温至1450～1500℃，进行保温8～10h。

9.一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材，其特征在于，通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材，其特征在于，所述高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的相对密度≥99.5％，抗弯强度≥182mpa，迁移率≥75％。

技术总结
本发明属于半导体及氧化物靶材技术领域，公开了一种高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将TiO2、Ta2O5、CeO2、In2O3粉末与分散剂、粘结剂和去离子水加入到球磨罐中进行湿法球磨，得到混合浆料；将混合浆料经干燥、粉碎、过筛，然后在空气气氛及600～800℃温度下煅烧处理，压制成型，得到靶坯；再将靶坯放入真空设备中进行抽真空处理和充氧处理至压力为60～100KPa，将处理后的靶材升温至1450～1500℃进行烧结处理，得到高致密氧化铟掺杂铈钛钽靶材。本发明通过在烧结之前对靶坯进行抽真空处理和一定压力的充氧处理，可以显著提高靶材相对密度、抗弯强度和迁移率。

技术研发人员：谭洪蕾,邵学亮,李开杰,顾德胜,张兴宇
受保护的技术使用者：先导薄膜材料（广东）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15