濺射靶材作為沉積電子薄膜的核心原材料，在平板顯示、半導(dǎo)體、太陽能電池和記錄媒體等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中不可或缺。其質(zhì)量直接決定薄膜性能，對(duì)下游產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)和成本控制具有關(guān)鍵影響。全球市場(chǎng)長(zhǎng)期被日美企業(yè)壟斷，我國(guó)通過政策引導(dǎo)、技術(shù)攻關(guān)和資本支持，逐步實(shí)現(xiàn)了濺射靶材的國(guó)產(chǎn)化突破，但在高端領(lǐng)域仍存在差距。
凱澤金屬基于5篇相關(guān)研究文獻(xiàn)，系統(tǒng)梳理濺射靶材的行業(yè)現(xiàn)狀、分類及應(yīng)用、制備技術(shù)、質(zhì)量影響因素及發(fā)展挑戰(zhàn)。通過整合核心數(shù)據(jù)與技術(shù)細(xì)節(jié)，分析不同類型靶材的制備工藝特點(diǎn)，探討質(zhì)量控制要點(diǎn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，為行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供全面參考。
本文將從行業(yè)發(fā)展概況出發(fā)，依次闡述靶材分類及應(yīng)用場(chǎng)景、主流制備技術(shù)（含新興工藝）、質(zhì)量對(duì)鍍膜生產(chǎn)的影響，最后總結(jié)發(fā)展挑戰(zhàn)與對(duì)策建議，旨在為濺射靶材領(lǐng)域的研究與生產(chǎn)實(shí)踐提供系統(tǒng)性指導(dǎo)。
一、濺射靶材行業(yè)發(fā)展概況
（一）全球市場(chǎng)格局與技術(shù)壟斷
濺射靶材作為高技術(shù)壁壘領(lǐng)域，全球市場(chǎng)長(zhǎng)期由日美企業(yè)主導(dǎo)。2021年全球靶材市場(chǎng)規(guī)模約213億美元，美國(guó)普萊克斯、霍尼韋爾，日本JX金屬、東曹等巨頭占據(jù)約80%的市場(chǎng)份額[1]。這些企業(yè)通過垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈、控制核心技術(shù)和專利，形成對(duì)高端市場(chǎng)的絕對(duì)話語權(quán)，尤其在半導(dǎo)體和平板顯示用靶材領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)實(shí)施嚴(yán)格的技術(shù)封鎖和供應(yīng)限制。
我國(guó)靶材市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)迅速，從2016年的177億元增至2020年的337億元，年均增長(zhǎng)率17%，全球市場(chǎng)份額從2014年的10%提升至2019年的19%[1]。但市場(chǎng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“低端飽和、高端依賴”特征：太陽能電池領(lǐng)域靶材已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化自主可控，平板顯示領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化率超50%，而半導(dǎo)體領(lǐng)域尤其是28nm以下制程用靶材仍高度依賴進(jìn)口[1]。
（二）我國(guó)國(guó)產(chǎn)化突破路徑
政策與科技協(xié)同支持
國(guó)家通過多項(xiàng)政策推動(dòng)靶材產(chǎn)業(yè)發(fā)展：2013年將高純靶材列為鼓勵(lì)類項(xiàng)目，2015年調(diào)整進(jìn)口免稅政策倒逼國(guó)產(chǎn)化，2016年《新材料發(fā)展指南》明確高純?yōu)R射靶材研發(fā)重點(diǎn)[1]。地方政府如廣東、安徽、河北等同步出臺(tái)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，形成“材料-面板-整機(jī)”產(chǎn)業(yè)鏈布局[1]?？萍紝ｍ?xiàng)方面，“863計(jì)劃”“02專項(xiàng)”等持續(xù)支持關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，加速成果轉(zhuǎn)化。
企業(yè)技術(shù)突破與市場(chǎng)準(zhǔn)入
我國(guó)已培育江豐電子、有研新材、阿石創(chuàng)、隆華科技、凱澤金屬等創(chuàng)新引領(lǐng)者，產(chǎn)品進(jìn)入臺(tái)積電、中芯國(guó)際、京東方等國(guó)內(nèi)外知名廠商供應(yīng)鏈[1]。其中，江豐電子突破5nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)靶材樣品驗(yàn)證，有研新材構(gòu)建從高純?cè)系桨胁牡拇怪币惑w化平臺(tái)，阿石創(chuàng)實(shí)現(xiàn)ITO靶材工程化應(yīng)用[1]。
產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新
企業(yè)通過產(chǎn)學(xué)研合作攻克技術(shù)瓶頸：江豐電子聯(lián)合高校開發(fā)高純鋁鈦原料，阿石創(chuàng)與院士團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)平板顯示用靶材，隆華科技布局無銦靶材和鈣鈦礦電池用靶材[1]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商如北方華創(chuàng)、沈陽拓荊與靶材企業(yè)聯(lián)合開發(fā)生產(chǎn)設(shè)備，逐步擺脫對(duì)進(jìn)口設(shè)備的依賴[1]。
二、濺射靶材分類及應(yīng)用場(chǎng)景
（一）按材質(zhì)分類及典型應(yīng)用
金屬及合金靶材
難熔金屬靶材：鎢（W）、鉬（Mo）、鉭（Ta）、鈮（Nb）等，具有高熔點(diǎn)、抗腐蝕和高溫穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于集成電路阻擋層、太陽能電池背電極等。例如，Mo靶作為CIGS薄膜太陽能電池背電極，需具備低電阻率（<8.9×10??Ω?cm）和高致密度（>98%）[4]；Ta靶作為Cu互連阻擋層，純度需達(dá)99.95%以上[4]。
常規(guī)金屬靶材：鋁（Al）、銅（Cu）、鈦（Ti）等，用于半導(dǎo)體布線和顯示面板電極。Al靶純度要求99.999%以上，Cu靶需控制氧含量<50ppm以避免薄膜氧化[5]。
氧化物靶材
以ITO（銦錫氧化物）、AZO（鋁摻雜氧化鋅）、IGZO（銦鎵鋅氧化物）為主，廣泛應(yīng)用于顯示面板透明電極、半導(dǎo)體溝道層。例如，IGZO靶材濺射薄膜的可見光透射率需>85%，電阻率<1×10?3Ω?cm[3]；ITO靶材致密度需>99%以減少濺射異常放電[3]。
復(fù)合靶材
包括金屬-陶瓷復(fù)合、多元合金靶材，用于功能性薄膜制備。如W-Ti合金靶（Ti占10%-30%）作為集成電路阻擋層，可有效阻止Cu擴(kuò)散[4]；Si-Al靶用于光伏薄膜摻雜，需控制Al分布均勻性以避免膜層缺陷[5]。
（二）按形狀分類及使用特性
平面靶：分為矩形和圓形，適用于中小面積鍍膜，如半導(dǎo)體芯片。但濺射過程中形成環(huán)形“跑道”，利用率僅35%左右[5]。通過加厚跑道區(qū)域或拼接設(shè)計(jì)可提高利用率，拼接縫隙需控制在0.5mm左右以防漏氣[5]。
旋轉(zhuǎn)靶：呈管狀或“狗骨狀”，適用于大面積鍍膜（如建筑玻璃、顯示面板）。旋轉(zhuǎn)靶通過360°均勻刻蝕，利用率可達(dá)80%以上[5]。例如，鋅鋁旋轉(zhuǎn)靶用于Low-E玻璃鍍膜，長(zhǎng)度可達(dá)3-4m，直徑>1m[2]。
三、濺射靶材制備技術(shù)及創(chuàng)新進(jìn)展
（一）傳統(tǒng)制備技術(shù)及特點(diǎn)
粉末冶金法
適用于高熔點(diǎn)材料（如W、Mo）和陶瓷靶材，流程為：粉末混合→壓制成型→燒結(jié)→加工。
熱壓燒結(jié)：在高溫（1000-1500℃）和單向壓力（10-30MPa）下致密化，可制備致密度>95%的靶材，但易導(dǎo)致晶粒取向不均[3]。
熱等靜壓（HIP）：在高溫高壓（100-200MPa）下均勻加壓，致密度可達(dá)99.5%以上，如Ta靶經(jīng)HIP處理后晶粒尺寸<100μm[4]。
常壓燒結(jié)：成本低且適合大尺寸靶材，如東曹公司采用注漿成型+常壓燒結(jié)制備2200mm×2500mmITO靶材，致密度>99.5%[3]。
熔煉鑄造法
適用于低熔點(diǎn)合金靶材（如Al、Cu），通過真空感應(yīng)熔煉或電子束熔煉實(shí)現(xiàn)高純凈化。優(yōu)勢(shì)是純度高（可達(dá)99.999%）、致密度接近理論值，但易產(chǎn)生晶粒粗大（>100μm）和成分偏析[2]。例如，電子束熔煉的Nb靶純度達(dá)99.99%，但需后續(xù)鍛造細(xì)化晶粒至75.5μm[4]。
（二）新興制備技術(shù)及優(yōu)勢(shì)
冷噴涂技術(shù)
基于高速固態(tài)粒子沉積原理，以N?或He為加速氣體（速度300-1200m/s），在低溫（<600℃）下使粉末顆粒塑性變形結(jié)合[2]。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：致密度>98%、氧含量<500ppm，無晶粒長(zhǎng)大和相變，適合制備大尺寸一體化靶材（如3m長(zhǎng)Mo管靶）[2]。
應(yīng)用案例：冷噴涂制備的FeCoNiCrMn高熵合金靶材，在700℃、He氣氛下沉積效率達(dá)99%，涂層力學(xué)性能優(yōu)于傳統(tǒng)工藝[2]。
局限性：脆性材料（如陶瓷）難以沉積，氦氣成本高，設(shè)備投資大[2]。
兩步燒結(jié)技術(shù)
用于氧化物靶材致密化，先快速升溫至1450℃，再降至1350℃保溫12h，可獲得致密度99.5%、晶粒尺寸5.81μm的IGZO靶材，濺射薄膜電阻率<9×10?3Ω?cm[3]。
四、靶材質(zhì)量對(duì)鍍膜生產(chǎn)的影響因素
（一）關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)
純度
半導(dǎo)體靶材需控制40種以上雜質(zhì)，總含量<50ppm（如Ta靶純度99.95%）[4]；
氧化物靶材中雜質(zhì)（如Fe、Ni）會(huì)導(dǎo)致薄膜光吸收增加，需<10ppm[3]。
影響：雜質(zhì)會(huì)形成薄膜缺陷，如Cu靶中S含量>18ppm時(shí)，濺射放電次數(shù)增加30%[5]。
致密度
金屬靶材致密度需>98%，陶瓷靶材>95%，否則易產(chǎn)生氣孔放電和顆粒脫落[5]。
案例：致密度<90%的Si-Al靶在濺射時(shí)掉渣率增加50%，導(dǎo)致鍍膜針孔缺陷超標(biāo)[5]。
微觀組織
晶粒尺寸：均勻細(xì)?。?lt;50μm）可提高濺射速率，如Mo靶晶粒從100μm細(xì)化至50μm時(shí)，沉積速率提升20%[4]。
結(jié)晶取向：控制靶材{111}織構(gòu)比例>70%，可使IGZO薄膜厚度偏差從10%降至5%[3]。
（二）靶材制備與鍍膜匹配性
綁定質(zhì)量
靶材與銅背板（或不銹鋼襯管）的綁定需保證結(jié)合率>90%，否則會(huì)因散熱不良導(dǎo)致局部過熱開裂。例如，AZO靶綁定不良時(shí)，濺射功率下降30%，靶材壽命縮短50%[5]。
形狀設(shè)計(jì)
平面靶拼接縫隙>0.5mm時(shí)，真空抽氣時(shí)間增加2倍，易導(dǎo)致膜層均勻性變差[5]；
旋轉(zhuǎn)靶采用“狗骨狀”設(shè)計(jì)（中間直徑小、兩端大），可使利用率從60%提升至80%[5]。
腔室環(huán)境協(xié)同
靶材表面吸附雜質(zhì)（如水汽、油污）會(huì)導(dǎo)致濺射放電，需在使用前經(jīng)Ar氣反濺射清潔；腔室漏氣會(huì)使膜層氧含量增加，如真空度從1×10??Pa降至1×10?3Pa時(shí)，ITO薄膜電阻率上升50%[5]。
五、濺射靶材產(chǎn)業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)與對(duì)策
（一）主要瓶頸問題
基礎(chǔ)研究薄弱
高純金屬提純技術(shù)落后，如5N以上超純鋁中反偏析元素（如Fe、Si）控制困難，導(dǎo)致靶材性能與國(guó)際差距20%[1]；粉末冶金燒結(jié)機(jī)理研究不足，難以精準(zhǔn)調(diào)控晶粒生長(zhǎng)。
認(rèn)證壁壘高
下游客戶認(rèn)證周期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月至2年，且需通過嚴(yán)格的穩(wěn)定性測(cè)試（如1000次冷熱循環(huán)）。我國(guó)企業(yè)因缺乏反饋數(shù)據(jù)，工藝優(yōu)化周期比日美企業(yè)長(zhǎng)3倍[1]。
成本與融資壓力
靶材生產(chǎn)設(shè)備投資大（如年產(chǎn)5.2萬個(gè)靶材項(xiàng)目需10億元，設(shè)備占比30%[1]），而行業(yè)毛利率僅20%-25%，低于國(guó)際巨頭的30%[1]；中小企業(yè)融資難，專利質(zhì)押融資案例僅30項(xiàng)[1]。
（二）發(fā)展對(duì)策建議
構(gòu)建創(chuàng)新生態(tài)體系
鼓勵(lì)龍頭企業(yè)牽頭成立創(chuàng)新聯(lián)合體，如江豐電子聯(lián)合中科院攻克高純鎢提純技術(shù)；
建設(shè)國(guó)家級(jí)靶材檢測(cè)平臺(tái)，統(tǒng)一純度、致密度等測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[1]。
完善市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制
推廣集成電路共保體模式，設(shè)立靶材應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償基金，覆蓋下游企業(yè)使用國(guó)產(chǎn)靶材的損失[1]；
對(duì)認(rèn)證通過的國(guó)產(chǎn)靶材給予采購(gòu)補(bǔ)貼，降低終端用戶試用成本。
強(qiáng)化人才與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同
培養(yǎng)復(fù)合型人才（材料+設(shè)備+工藝），引進(jìn)國(guó)際專家（如日籍技術(shù)團(tuán)隊(duì)）；
推動(dòng)靶材與下游企業(yè)聯(lián)合研發(fā)，如京東方與阿石創(chuàng)共建IGZO靶材應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室[1]。
六、總結(jié)
濺射靶材作為戰(zhàn)略新材料，其國(guó)產(chǎn)化對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體、顯示面板等產(chǎn)業(yè)安全具有重要意義。目前我國(guó)已在中低端靶材領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，但高端市場(chǎng)仍受限于日美技術(shù)壟斷。通過政策引導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，我國(guó)靶材產(chǎn)業(yè)逐步形成“基礎(chǔ)研究-中試-產(chǎn)業(yè)化”的完整鏈條。
未來發(fā)展需聚焦三方面：一是突破高純?cè)咸峒兒拖冗M(jìn)制備技術(shù)（如冷噴涂、兩步燒結(jié)），提升靶材致密度和均勻性；二是建立快速認(rèn)證通道和風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制，加速國(guó)產(chǎn)靶材市場(chǎng)準(zhǔn)入；三是加強(qiáng)人才培養(yǎng)和國(guó)際合作，縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。隨著技術(shù)迭代和成本優(yōu)化，我國(guó)濺射靶材有望在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)高端領(lǐng)域全面替代。
引用論文
[1]慕慧娟，丁明磊，彭思凡.《我國(guó)濺射靶材自主可控發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)及啟示》.《科技中國(guó)》2023年第7期
[2]文崇斌，余芳，朱劉，等.《冷噴涂在濺射靶材制備中的應(yīng)用》.《冶金與材料》2023年第43卷第11期
[3]付鈺斌，寧洪龍，鄒文昕，等.《氧化物靶材的制備及研究進(jìn)展》.《材料研究與應(yīng)用》2022年第16卷第3期
[4]王暉，夏明星，李延超，等.《難熔金屬濺射靶材的應(yīng)用及制備技術(shù)》.《中國(guó)鎢業(yè)》2019年第34卷第1期
[5]胡冰，王爍.《靶材質(zhì)量對(duì)大面積鍍膜生產(chǎn)的影響》.《建筑玻璃與工業(yè)玻璃》2015年第5期
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