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磁控溅射钛靶材的技术要求

2021-02-01 05:05:03

目前,我国已发展成世界钛工业大国,钛产能与产量均位居世界首位,然而国内钛材的整体技术含量较低、产品附加值低、产能严重过剩。高纯钛作为电子信息领域重要的功能薄膜材料,近年来随着我国集成电路、平面显示、太阳能等产业的快速发展需求量快速上升。磁控溅射技术(PVD)技术是制备薄膜材料的关键技术之一,高纯钛溅射靶材是磁控溅射工艺中的关键耗材,具有广阔的市场应用前景。钛靶材作为高附加值的镀膜材料,在化学纯度、组织性能等方面具有严格的要求,技术含量高、加工难度大,我国靶材制造企业在高端靶材制造领域起步相对较晚,在基础原材料纯度方面相对落后,靶材制备技术如组织控制、工艺成型等核心工艺技术方面与国外也存在一定的差距。针对下游高端应用,开发高性能钛溅射靶材,是实现电子信息制造业关键材料的自主研制和推动钛工业向高端转型升级的重要举措。

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磁控溅射钛靶材主要应用于电子及信息产业,如集成电路、平面显示屏和家装汽车行业装饰镀膜领域,如玻璃装饰镀膜和轮毂装饰镀膜等。不同行业钛靶材要求也有很大差别,主要包括:纯度、微观组织、焊接性能、尺寸精度几个方面。

      为确保沉积薄膜的质量,靶材的质量必须严格控制,经大量实践,影响钛靶材质量的主要因素包括纯度、平均晶粒尺寸、结晶取向与结构均匀性、几何形状与尺寸等。

     钛靶材的纯度对溅射薄膜的性能影响很大。钛靶材的纯度越高,溅射Ti薄膜的中的杂质元素粒子越少,导致薄膜性能越好,包括耐蚀性及电学、光学性能越好。不过在实际应用中,不同用途钛靶材对纯度要求不一样。例如,一般装饰镀膜用Ti靶材对纯度的要求并不苛求,而集成电路、显示器体等领域用Ti靶材对纯度的要求高很多。靶材作为溅射中的阴极源,材料中的杂质元素和气孔夹杂是沉积薄膜的主要污染源。气孔夹杂会在铸锭无损探伤的过程中基本去除,没有去除的气孔夹杂在溅射的过程中会产生尖端放电现象(Arcing),进而影响薄膜的质量;而杂质元素含量只能在全元素分析测试结果中体现,杂质总含量越低,T准,都是参照国内外的钛靶材厂家的要求,2013年后颁布标准《YS/T 893-2013电子薄膜用高纯钛溅射靶材》,规定3个纯度钛靶材单个杂质含量及总杂质含量不同的要求,此标准正在逐步规范繁乱Ti靶材市场纯度需求。

       通常钛靶材为多晶结构,晶粒大小可由微米到毫米量级,细小尺寸晶粒靶的溅射速率要比粗晶粒靶快,在溅射面晶粒尺寸相差较小的靶,溅射沉积薄膜的厚度分布也较均匀。研究发现,若将钛靶的晶粒尺寸控制在100μm以下,且晶粒大小的变化保持在20%以内,其溅射所得薄膜的质量可得到大幅度改善(图5)。集成电路用Ti靶材平均晶粒尺寸一般要求在30μm以内,超细晶Ti靶材平均晶粒尺寸在10μm以下。

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