專利名稱：單相結(jié)構(gòu)-高密度銦錫氧化物靶材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種以常壓燒結(jié)法制備ITO靶材的方法。用本方法制得的ITO靶材適用于用磁控濺射方法制備ITO薄膜。
背景技術(shù)：
ITO是銦錫氧化物(indium-tin-oxide)的簡稱。ITO薄膜是一種η型半導(dǎo)體陶瓷 薄膜，具有導(dǎo)電性好(電阻率10_4Ω · cm量級)、對可見光的透光率> 85%、對微波的衰減 率> 85%和對紅外光反射率> 70%等特點(diǎn)，同時(shí)加工性能極好，因而被大量用于電學(xué)、光 學(xué)領(lǐng)域。ITO薄膜最典型的應(yīng)用在于平面顯示器，如大屏幕液晶顯示器(IXD)、電致發(fā)光顯 示(ELD)、電致彩色顯示(ECD)等，其用量占ITO薄膜產(chǎn)量的一半以上。制備ITO薄膜的方 法很多，例如物理方法包括磁控濺射、蒸發(fā)沉積、離子增強(qiáng)沉積、激光脈沖沉積等，化學(xué)法包 括噴霧熱解法、化學(xué)氣相沉積、溶膠_凝膠法、均相沉淀法等。其中磁控濺射方法工藝控制 性好，可以在大面積基體上均勻成膜，工業(yè)生產(chǎn)都采用這種方法。其基本原理是在電場和 交變磁場作用下，被加速的高能粒子轟擊ITO靶材表面，能量交換后靶材表面的原子脫離 原晶格而逸出，并轉(zhuǎn)移到基體表面而成膜。要獲得高質(zhì)量的ITO薄膜，高密度、高純度、高均勻性的ITO靶材是關(guān)鍵。制備ITO 靶材的方法主要有熱等靜壓法(CN101407904)、熱壓法(CN1326909)和常壓燒結(jié)法。熱等靜 壓法(CN101407904)可制備出高密度靶材，但是這種方法制品的成本較高，且生產(chǎn)周期較 長。熱壓法(CN1326909)制備的靶材也具備高密度，但往往是兩相的，且這種方法生產(chǎn)效率 低，對模具材料要求較高，模具損耗率大，壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用常壓燒結(jié)法制備高密度的ITO靶材，本發(fā)明工藝簡單，過程容易控制，縮 短了在高溫段的燒結(jié)時(shí)間，不用添加分散劑和燒結(jié)助劑，所需生產(chǎn)成本較低，素坯是粉體經(jīng) 過造粒后壓制而成，燒結(jié)出的靶材成分更均勻，不容易開裂，且為單相結(jié)構(gòu)、高密度。本發(fā)明的主要制備技術(shù)方案是以銦、錫金屬，濃硝酸和逆王水為原料，用化學(xué)共 沉淀法制備ITO復(fù)合粉體，然后在ITO粉體中加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒并干燥，對造粒過后的粉 體先模壓成型得到初坯，再對初坯進(jìn)行冷等靜壓得到素坯，對素坯進(jìn)行脫蠟，最后把脫蠟過 的素坯在氧氛圍中進(jìn)行燒結(jié)得到ITO靶材。上述的銦、錫金屬的純度大于99. 99%，金屬銦、錫的加入量依據(jù)混合溶液中換算 后的氧化銦和氧化錫質(zhì)量百分比In2O3 SnO2 = 90 10加入，濃硝酸(質(zhì)量百分含量 65. 0 68. 0% )純度大于等于優(yōu)級純，逆王水為純度大于等于優(yōu)級純的濃硝酸和濃鹽酸 (質(zhì)量百分含量36.0 38.0%)按照體積比例3 1配制而成，化學(xué)共沉淀法是銦溶于濃 硝酸，錫溶于逆王水，待銦和錫完全溶解后，將兩種溶液混合，混合溶液經(jīng)共沉淀、洗滌雜質(zhì) 離子、固液分離、共沸蒸餾、干燥、煅燒得到ITO復(fù)合粉體。上述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇，聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
上述的造粒過程中加入的粘結(jié)劑的比例為ITO粉體質(zhì)量的-1. 5%。上述的模壓壓力為40_60MPa。上述的冷等靜壓的壓力為100_300MPa。
上述的脫蠟是指素坯在馬弗爐中500°C保溫一個(gè)小時(shí)去除其中的粘結(jié)劑。上述的燒結(jié)是脫蠟過的素坯在箱式高溫爐保持最高溫在1350°C -1550°C，燒結(jié) 4-8個(gè)小時(shí)。上述的氧氛圍的氧分壓為1-2個(gè)大氣壓，并且氧氣的流速為40-60ml/min。技術(shù)效果本發(fā)明的效果通過化學(xué)共沉淀法制備的ITO復(fù)合粉體分散性好，無團(tuán)聚，粒徑在 10nm-40nm之間，然后ITO粉體經(jīng)過造粒，干燥，模壓和冷等靜壓成型得到的素坯相對理論 密度可達(dá)到60%，對素坯進(jìn)行脫蠟，脫蠟過的素坯在氧氛圍下，1550°C保溫8個(gè)小時(shí)燒結(jié)得 到ITO靶材，相對理論密度可達(dá)到99. 6%，且為單相結(jié)構(gòu)。本發(fā)明工藝簡單，過程容易控制， 縮短了在高溫段的燒結(jié)時(shí)間，不用添加分散劑和燒結(jié)助劑，所需生產(chǎn)成本較低，素坯是粉體 經(jīng)過造粒后壓制而成，燒結(jié)出的靶材成分更均勻，不容易開裂，且為單相結(jié)構(gòu)、高密度。


圖1是本方法制備的ITO靶材的制備工藝流程圖。圖2是本方法制備的粉體的透射電鏡(TEM)照片。圖3是本方法制備的靶材的XRD圖。圖4是本方法制備的靶材的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法具體實(shí)施步驟(1)以銦、錫金屬，濃硝酸和逆王水為原料，用化學(xué)共沉淀法制備ITO復(fù)合粉體，其 中金屬銦、錫純度大于99. 99%，金屬銦、錫的加入量依據(jù)ITO粉體中換算后的氧化銦和氧 化錫質(zhì)量百分比In2O3 SnO2 = 90 10加入，濃硝酸純度大于等于優(yōu)級純，逆王水為純度 大于等于優(yōu)級純的濃硝酸和濃鹽酸按照體積比例31配制而成。(2)稱取ITO粉體質(zhì)量的-1. 5%的聚乙烯醇，聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯， 加入到ITO粉體中進(jìn)行造粒并干燥。(3)對造粒過的ITO粉體先在40_60MPa壓力下模壓成型的到初坯，然后在 100-300MPa壓力下冷等靜壓得到素坯。(4)把素坯放入馬弗爐中500°C保溫一個(gè)小時(shí)進(jìn)行脫蠟，去除素坯中的粘結(jié)劑。(5)脫蠟過的素坯在箱式高溫爐中保持氧分壓為1-2個(gè)大氣壓，氧氣的流速為 40-60ml/min，保持最高溫在1350-1550°C，燒結(jié)4-8個(gè)小時(shí)可得到單相且致密度高的ITO靶 材。實(shí)施例1稱取62. 226克金屬銦(純度99. 99% )溶于優(yōu)級純的硝酸水溶液，稱取6. 584克 金屬錫(純度99. 99% )溶于逆王水，待銦和錫完全溶解后，將兩種溶液混合，在強(qiáng)烈攪拌混 合溶液條件下，加入優(yōu)級純的氨水(質(zhì)量百分含量25. 0% 28. 0% )，使混合溶液pH值為8-9，這時(shí)澄清的溶液產(chǎn)生銦錫共沉淀物，持續(xù)攪拌2小時(shí)；用離心沉降方式過濾上層清液， 得到銦錫共沉淀物濾餅再用去離子水重新攪拌洗滌，洗滌至無NO3-和Cl—離子，在最后一次 過濾后加入分析純的無水乙醇(含量>99. 7%)；用無水乙醇洗滌三次后，然后加入優(yōu)級純 的正丁醇(含量> 99. 0% )強(qiáng)烈攪拌，93°C開始共沸蒸餾，得到銦錫氫氧化物；將銦錫氫氧 化物在烘箱中30°C放置10小時(shí)干燥，然后進(jìn)行打散；將打散后的銦錫氫氧化物放入馬弗爐 中，在600°C下保溫4小時(shí)，即得到黃綠色的ITO復(fù)合粉體。粉體顆粒粒徑經(jīng)TEM測定，其平 均粒徑為30nm左右。將制備的ITO復(fù)合粉體分為a，b，c三組，稱取0. 27g的聚乙烯醇，制 備成聚乙烯醇水溶液，加入到a組ITO粉體中，稱取0. 337g聚丙烯酸酯，制備成聚丙烯酸酯 丙酮溶液，加入到b組ITO粉體中，稱取0. 405g聚甲基丙烯酸酯，制備成聚甲基丙烯酸酯丙 酮溶液，加入到c組ITO粉體中，分別進(jìn)行造粒并干燥。稱取a組造粒過的ITO粉體6克，先在40MPa壓力下模壓成型，然后IOOMPa下冷 等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為37. 42%，在馬弗爐中500°C保溫一個(gè)小時(shí)脫蠟去 除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓1個(gè)大氣壓，氧氣的流速40ml/min， 升溫到1550°C，保溫8個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為67. 24%。實(shí)施例2稱取實(shí)例1中a組造粒過的ITO粉體6克，先在50MPa壓力下模壓成型，然后 200MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為52. 46%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓1.5個(gè)大氣壓，氧氣 的流速50ml/min，升溫到1550°C，保溫8個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 91. 22%。實(shí)施例3稱取實(shí)例1中a組造粒過的ITO粉體6克，先在60MPa壓力下模壓成型，然后 300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為60. 02%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓2個(gè)大氣壓，氧氣的 流速60ml/min，升溫到1550°C，保溫8個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 99. 61%。實(shí)施例44稱取實(shí)例1中b組造粒過的ITO粉體6克，先在40MPa壓力下模壓成型，然后 300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為60. 01%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓1個(gè)大氣壓，氧氣的 流速40ml/min，升溫到1550°C，保溫4個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 93. 64%。實(shí)施例5稱取實(shí)例1中b組造粒過的ITO粉體6克，先在50MPa壓力下模壓成型，然后 300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為59. 95%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓1.5個(gè)大氣壓，氧氣 的流速50ml/min，升溫到1550°C，保溫6個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 97. 48%。實(shí)施例6
稱取實(shí)例1中b組造粒過的ITO粉體6克，先在60MPa壓力下模壓成型，然后300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為60. 13%，在馬弗爐中500°C保溫一個(gè) 小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓2個(gè)大氣壓，氧氣的流 速60ml/min，升溫到1550°C，保溫8個(gè)小時(shí)的到ITO靶材，靶材的相對理論密度為99. 67%。實(shí)施例7稱取實(shí)例1中c組造粒過的ITO粉體6克，先在40MPa壓力下模壓成型，然后 300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為60. 05%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓1個(gè)大氣壓，氧氣的 流速40ml/min，升溫到1350°C，保溫8個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 85. 29%。實(shí)施例8稱取實(shí)例1中c組造粒過的ITO粉體6克，先在50MPa壓力下模壓成型，然后 300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為59. 95%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓1.5個(gè)大氣壓，氧氣 的流速50ml/min，升溫到1450°C，保溫8個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 93. 46%。實(shí)施例9稱取實(shí)例1中c組造粒過的ITO粉體6克，先在60MPa壓力下模壓成型，然后 300MPa下冷等靜壓得到素坯，素坯的相對理論密度為60. 15%，在馬弗爐中500°C保溫一 個(gè)小時(shí)脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，然后在高溫箱式加熱爐中保持氧分壓2個(gè)大氣壓，氧氣的 流速60ml/min，升溫到1550°C，保溫8個(gè)小時(shí)制備出ITO靶材，靶材的相對理論密度為 99. 65%。
權(quán)利要求
一種單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于以銦、錫金屬，濃硝酸和逆王水為原料，金屬銦、錫的加入量依據(jù)混合溶液中換算后的氧化銦和氧化錫質(zhì)量百分比In2O3∶SnO2＝90∶10加入，用化學(xué)共沉淀法制備銦錫氧化物復(fù)合粉體；所述化學(xué)共沉淀法是指把銦溶于濃硝酸，錫溶于逆王水，待銦和錫完全溶解后，將兩種溶液混合，混合溶液經(jīng)共沉淀、洗滌雜質(zhì)離子、固液分離、共沸蒸餾、干燥、煅燒得到銦錫氧化物復(fù)合粉體；然后在銦錫氧化物粉體中加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒并干燥，對造粒過后的粉體先模壓成型得到初坯，再對初坯進(jìn)行冷等靜壓得到素坯，對素坯進(jìn)行脫蠟，最后把脫蠟過的素坯在氧氛圍中進(jìn)行燒結(jié)得到銦錫氧化物靶材。
2.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇，聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
3.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的造粒過程中加入的粘結(jié)劑的比例為銦錫氧化物復(fù)合粉體質(zhì)量的-1. 5%。
4.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的模壓壓力為40-60MPa。
5.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的冷等靜壓的壓力為100-300MPa。
6.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的脫蠟是指素坯在馬弗爐中500°C保溫一個(gè)小時(shí)去除其中的粘結(jié)劑。
7.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的燒結(jié)是脫蠟過的素坯在箱式高溫爐中保持最高溫在1350°C -1550°C，燒結(jié)4-8個(gè)小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，其特征在于所 述的氧氛圍的氧分壓為1-2個(gè)大氣壓，并且氧氣的流速為40-60ml/min。
全文摘要
本發(fā)明是一種單相結(jié)構(gòu)、高密度銦錫氧化物靶材的制備方法，是一種以常壓燒結(jié)法制備ITO靶材的方法。本發(fā)明是利用化學(xué)共沉淀法制備ITO復(fù)合粉體，在ITO粉體中加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒并干燥，對造粒過后的ITO粉體模壓成型得到初坯，再對初坯冷等靜壓得到素坯，對素坯進(jìn)行脫蠟去除其中的粘結(jié)劑，最后把脫蠟過的素坯在高溫氧氛圍下燒結(jié)得到ITO靶材。本發(fā)明工藝簡單，過程容易控制，縮短了在高溫段的燒結(jié)時(shí)間，不用添加分散劑和燒結(jié)助劑，所需生產(chǎn)成本較低，素坯是粉體經(jīng)過造粒后壓制而成，燒結(jié)出的靶材成分更均勻，不容易開裂，且為單相結(jié)構(gòu)、高密度。
文檔編號(hào)C23C14/08GK101812665SQ20101013612
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者劉家祥, 劉宸, 王玥 申請人:北京化工大學(xué)