專利名稱：一種氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體陶瓷制品的制造，具體地說，本發(fā)明是一種氧 化銦錫靶材的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
氧化銦錫靶材(Indium Tin Oxide，簡稱為"ITO")是氧化錫摻 雜氧化銦為主體的平板或圓筒狀陶瓷半導(dǎo)體材料，用于磁控濺射制造 ITO透明導(dǎo)電薄膜，是液晶顯示、平板顯示、靜電屏蔽、太陽能電池 必需的功能材料。目前，直流磁控濺射法是當(dāng)前國際高檔顯示器件用 透明導(dǎo)電膜的主導(dǎo)制備工藝。該工藝以ITO半導(dǎo)體陶瓷(90%In2O3 一10。/。SnO2)作為濺射源，用直流磁控濺射法制備ITO透明導(dǎo)電薄膜， 所制備的透明導(dǎo)電薄膜品質(zhì)優(yōu)良，可見光透過率〉85%，紅外光反射 率達(dá)90%，且導(dǎo)電性能好，有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、電極圖 形加工性，同時(shí)工藝穩(wěn)定易控。用ITO半導(dǎo)體陶瓷靶生產(chǎn)ITO透明 導(dǎo)電玻璃，是當(dāng)今知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代信息產(chǎn)業(yè)極為重要的電子產(chǎn)品，也因 此全世界各大濺鍍靶材制造廠家莫不爭相投入研究此高附加值功能 材料的生產(chǎn)制程，但由于ITO材料的極難燒結(jié)性，高密度化的制程條 件范圍狹小，不容易掌握，到目前為止ITO靶材只有德國、美國、日 本等國家能夠生產(chǎn)，比較著名的有德國萊寶公司(Leybold)、日本能 源公司(Japan Gnergy)。
國外于70年代開始研制ITO靶材，采用液相共沉淀法和溶膠一-一凝膠法以及噴霧制粉等工藝制備高純超細(xì)ITO粉， 一般用冷等靜壓 成型一燒結(jié)和熱等靜壓成形和致密化，得到不同質(zhì)量檔次的靶材。目前國外在耙材制備技術(shù)和裝備上已達(dá)到相當(dāng)成熟的程度，其中日本在 靶材制備、鍍膜，尤其在高檔液晶顯示器件制造工藝和裝備上走在世
界的前列，其銦消耗量的60-70^用于ITO靶材，液晶顯示器件占世 界市場90%的份額。
我國于90年代開始研制ITO靶材， 一般采用液相共沉淀法和溶 膠——凝膠法制備高純超細(xì)ITO粉，用真空熱壓和熱等靜壓工藝成形 和致密化，得到較低質(zhì)量檔次的靶材。這些生產(chǎn)工藝的缺點(diǎn)是
1. 真空熱壓和熱等靜壓工藝用于制造ITO耙材不能實(shí)現(xiàn)尺寸突 破，國內(nèi)只能制造《300X400mm的，小尺寸靶材，無法滿足STN-LCD、 PDP和TFT-LCD等高分辨率顯示器對靶材一體化和超高密度 的要求，還需依賴進(jìn)口產(chǎn)品。
2. 真空熱壓和熱等靜壓工藝在不同程度上都造成ITO靶材內(nèi)部 的氧原子缺乏，以此制造的ITO薄膜電阻值比較高，因而所得的ITO 薄膜不能用于高分辨率顯示器。
3. 冷等靜壓成型一燒結(jié)、真空熱壓和熱等靜壓工藝生產(chǎn)成本昂 貴、后續(xù)加工量大、成品率低。
4. 這些工藝用于制造圓筒狀或其它異型靶材時(shí)，成本更加昂貴 加工量更大成品率更低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述缺點(diǎn)，提出了一種氧化銦錫耙材的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)步驟組成的技術(shù)方案 一種氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，采用以下步驟 A.以氧化錫和氧化銦的混合粉體或氧化錫和氧化銦的化學(xué)共沉 淀粉體為主要原料；其中，氧化錫的含量為5-20wt%，氧化銦的含量80-95 wt %,氧化錫和氧化銦粉體平均粒徑限制在0.01-10微米，原料 粉體限于純度大于》99.99%或者在純度大于4N的上述粉體中添加 0.1-10wt。/。不降低ITO材料最終性能的三氧化二鉍、三氧化二銻、氧 化鋅、氧化鈮等粉末中的一種或幾種做為助燒結(jié)劑；
B. 將純水、甲基丙烯酰胺單體、N-N '二甲基雙丙烯酰胺以 100:15-20:0.6-1的重量比例充分溶解組成預(yù)混液，加入0.1-lwt。/。四甲 基氫氧化氨做分散劑，加入步驟A所得的靶材原料，加入原料粉體 的體積含量為50-75%，攪拌制漿并經(jīng)研磨后得到漿料；
C. 步驟B所得的漿料，加入0.1-1.5%體積的正丁醇等有機(jī)脫氣 劑，加入0.01-3.0wt。；四甲基乙二胺催化劑和0.01-3.0wt^。過硫酸氨 引發(fā)劑真空攪拌脫氣15-60分鐘，然后根據(jù)所需產(chǎn)品的形狀澆注入相 應(yīng)形狀的模具，再將漿料進(jìn)行抽真空脫水，從而固化脫模得到半濕的 素坯；
D. 對步驟C的產(chǎn)物進(jìn)行烘干和致密化處理，即得氧化銦錫$巴材。 所述的ITO粉體為氧化錫和氧化銦的混合粉體，或氧化錫和氧化
銦的化學(xué)共沉淀粉體。ITO粉體中氧化錫的含量為5-20wt%，氧化銦 的含量80-95 wt %,氧化錫和氧化銦粉體平均粒徑限制在0.01-10微 米，原料粉體限于純度》99.99%或者在純度大于4N的上述粉體中添 加0.1-10wt。/。不降低ITO材料最終性能的三氧化二鉍、三氧化二銻、 氧化鋅、氧化鈮、氧化鈦、氧化鉛等粉末中的一種或幾種做為助燒結(jié) 劑。
上述的預(yù)混液采用以下組成比例每100質(zhì)量分?jǐn)?shù)的純水加入 15-20份甲基丙烯酰胺單體，加入N-N ' 二甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑， 交聯(lián)劑與甲基丙烯酰胺單體的比例為1: 17-24。本發(fā)明如無特殊說明，所說的百分比均為重量百分比wt0/。。 所述的致密化處理，可以這樣進(jìn)行將步驟C的產(chǎn)物在1-2大氣
壓的純氧氣氛下或充足的空氣中1450-165(TC燒結(jié)5-20小時(shí)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于'
1. 本發(fā)明采用原位凝固成型法來制造高密度高均勻度素坯，采用
這種辦法制造的素坯相對密度可達(dá)55-75%，大大超過了等靜壓成型 坯體密度，在M80-165(TC燒結(jié)時(shí)極易高密度化(相對密度大于99%) 而且收縮小變形小，可以對成型體的尺寸形狀進(jìn)行精確控制，不受尺 寸大小和形狀約束，最終燒結(jié)體的加工量很小，從而解決了ITO耙材 的高密度化，大尺寸化，形狀多樣化難題。
2. 本發(fā)明的制造成本相對于以往的冷壓-燒結(jié)，熱壓和熱等靜壓 工藝成形和致密化的制造工藝大大降低，生產(chǎn)效率和成品率大大提高 高且不受尺寸和形狀的約束。
3. 本發(fā)明采用的原料不限于ITO混合粉體(氧化錫粉和氧化銦粉 體的充分球磨混合粉體)或者ITO共沉淀粉體，純度》99.99%，粉體 平均粒徑0.01-10微米，以此為原料或者加入0.1-10wtQ/。粉體助燒劑 混合組成靶材原料，助燒結(jié)劑可選擇不降低ITO材料性能的Bi203 等無機(jī)粉末，用原位凝固成型法來制造高密度高均勻度素坯，經(jīng)干燥 后成型體的強(qiáng)度可滿足機(jī)械加工要求，可用普通車床加工至較精確尺 寸，經(jīng)450-65(TC脫除有機(jī)添加物后在1-2個(gè)大氣壓的氧氣氛爐中或 充足的空氣中經(jīng)1450-165(TC燒結(jié)致密化，從而制造出高質(zhì)量的(相 對密度大于99%，且結(jié)構(gòu)均勻)ITO耙材，同時(shí)解決了用熱壓及熱等 靜壓制造工藝所造成的ITO靶材的氧缺乏問題。


圖1是本發(fā)明的模具簡圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
以平均粒徑0.5微米ITO共沉淀粉體，其中氧化錫的含量10%， 氧化銦的含量90 wt %粉體，以此為主要原料加入0.1%的平均粒徑5 微米的氧化鉍粉體組成原料。
將純水、甲基丙烯酰胺單體、N-N '二甲基雙丙烯酰胺以 100:16:0.7的比例充分溶解組成預(yù)混液，加入0.15%的四甲基氫氧化 氨做分散劑，加入以上所述原料粉體攪拌制漿，漿料中原料粉體的固 相含量65%，制好的漿料倒入球磨機(jī)中，用氧化鋯球做介質(zhì)球磨24 小時(shí)以上，再加入0.3%體積的正丁醇等有機(jī)脫氣劑及0.2城％。四甲基 乙二胺催化劑和0.04wtl過硫酸氨引發(fā)劑在真空攪拌機(jī)中攪拌脫氣 20分鐘后過100目篩澆注入模具，如圖1所示。澆注模具后，抽真 空將漿料內(nèi)的水分從底部脫去，如圖1所示。在脫水的同時(shí)漿料固化 成型成半濕的素坯，濕坯體脫模后，經(jīng)12(TC在烘箱中烘干從而得到 高密度ITO素坯，強(qiáng)度可以滿足機(jī)械加工需要，可用普通車床做初步 加工。
在空氣爐中45(TC保溫脫除有機(jī)添加劑后，在1.5大氣壓的純氧 氣氛下158(TC燒結(jié)IO小時(shí)致密化，緩慢降至室溫。從而制造出高質(zhì) 量的ITO靶材，實(shí)測密度^7.0g/cm 同時(shí)解決了用熱壓及熱等靜壓制 造工藝所造成的ITO革巴材的氧缺乏問題。
以上對本發(fā)明所提供的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述， 以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方 式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解 為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于，采用以下步驟A.以氧化錫和氧化銦的充分混合粉體或氧化錫和氧化銦的化學(xué)共沉淀粉體為主要原料；其中，氧化錫的含量為5-20wt％，氧化銦的含量80-95wt％，氧化錫和氧化銦粉體平均粒徑限制在0.01-10微米，原料粉體限于純度大于4N或者在純度大于4N的上述粉體中添加0.1-10wt％不降低ITO材料最終性能的三氧化二鉍、三氧化二銻、氧化鋅、氧化鈮、氧化鈦、氧化鉛等粉末中的一種或幾種做為助燒結(jié)劑；B.將純水、甲基丙烯酰胺單體或丙烯酰胺單體、N-N’二甲基雙丙烯酰胺以100∶15-20∶0.6-1的重量比例充分溶解組成預(yù)混液，加入0.1-1wt％四甲基氫氧化氨做分散劑，加入步驟A所得的靶材原料，加入原料粉體的體積含量為50-75％，攪拌制漿并經(jīng)研磨后得到漿料；C.步驟B所得的漿料，加入0.1-1.5％體積的正丁醇等有機(jī)脫氣劑，加入0.01-3.0wt‰四甲基乙二胺催化劑和0.01-3.0wt‰過硫酸氨引發(fā)劑真空攪拌脫氣15-60分鐘，然后根據(jù)所需產(chǎn)品的形狀澆注入相應(yīng)形狀的模具，再將漿料進(jìn)行抽真空脫水，從而固化脫模得到半濕的素坯；D.對步驟C的產(chǎn)物進(jìn)行烘干和致密化處理，即得氧化銦錫靶材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特征在 于所述的ITO粉體為氧化錫和氧化銦的混合粉體，或氧化錫和氧化 銦的化學(xué)共沉淀粉體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特 征在于所述的ITO粉體中，氧化錫的含量為5-20wt%，氧化銦的含 2量80-95 wt %，氧化錫和氧化銦粉體平均粒徑限制在0.01-10微米， 原料粉體限于純度大于4N或者在純度大于4N的上述粉體中添加 0.1-10wt。/。不降低ITO材料最終性能的三氧化二鉍粉末、三氧化二銻、 氧化鋅、氧化鈮、氧化鈦、氧化鉛等粉末中的一種或幾種做為助燒結(jié) 劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特征在 于，所述的預(yù)混液采用以下組成比例每100質(zhì)量分?jǐn)?shù)的純水加入 15-20份甲基丙烯酰胺單體或丙烯酰胺單體，加入N-N雙甲基丙烯酰 胺與甲基丙烯酰胺單體的比例為1: 17-24，加入0.1-2wt。/。四甲基氫 氧化氨做分散劑，加入步驟A所得的靶材原料攪拌制漿，加入原料 粉體的體積含量為50-75%，漿料經(jīng)球磨機(jī)用氧化鋯球做介質(zhì)球磨24 小時(shí)以上后可澆鑄。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特征在 于在球磨機(jī)磨中用氧化鋯球做介質(zhì)球磨24小時(shí)以上的漿料，加入 0.1-1.5。/。體積的正丁醇有機(jī)脫氣劑，0.01-3.0wtl的四甲基乙二胺催化 劑和0.01-3.0wtl的過硫酸氨引發(fā)劑，真空攪拌脫氣15-60分鐘，后 根據(jù)所需產(chǎn)品的形狀澆注入相應(yīng)形狀的模具，再將漿料進(jìn)行抽真空脫 水，從而固化脫模得到半濕的素坯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特征在 于所述的抽真空脫水是在以陶瓷或塑料微孔板及濾布制成的濾板為 底板的模具中從底部腔體抽真空經(jīng)濾板將漿料中的水份抽去從而加 速固化消除干燥變形和坯體缺陷，模具邊框采用不吸水的塑料、木材、 玻璃或金屬材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的致密化處理，是將步驟C的產(chǎn)物在l-2大氣壓的純氧氣氛下或充足的空氣中1450-165(TC燒結(jié)5-20小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化銦錫靶材的生產(chǎn)方法。該方法采用以下步驟A.以純度大于99.99％、平均粒徑0.01-10微米的ITO粉作為靶材主原料；B.將純水、甲基丙烯酰胺單體、N-N’二甲基丙烯酰胺充分溶解組成預(yù)混液，以四甲基氫氧化氨做分散劑，加入步驟A所得的靶材原料，攪拌制漿并經(jīng)研磨后得到漿料；C.步驟B所得的漿料，經(jīng)澆注后，再將漿料進(jìn)行脫水；D.對步驟C的產(chǎn)物進(jìn)行致密化處理，即得氧化銦錫靶材。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)所得的ITO靶材難以高密度化、大尺寸化和形狀多樣化的問題，生產(chǎn)效率和成品率大大提高，所得的ITO靶材密度高，且不受尺寸和形狀的約束。
文檔編號C23C14/35GK101319307SQ20081013321
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者王悅林 申請人:王悅林