半導體材料高品質靶材中國制造

半導體材料高品質靶材中國制造 | 2020-10-27

  近日,在福建阿石創新材料股份有限公司濺射靶材生產基地里,PVD鍍膜材料智能化生產線即將進入安裝。生產線投產后,該公司濺射靶材的生產能力將擴大到年產1200噸平板顯示濺射靶材,并進入智能制造時代。

  高品質靶材依賴進口

  TFT-LCD用高品質ITO靶材是液晶顯示器(LCD)以及新一代顯示器(OLED、QLED、MicroLED等)的關鍵基礎材料。ITO靶材多項關鍵技術的突破,來自福建工程學院教授、福建省新材料制備與成形技術重點實驗室主任戴品強領銜的福建阿石創新材料股份有限公司專家工作站。這一科研成果轉化實現了高品質靶材的國產化,項目成果獲得2018年度福建省科技進步一等獎。

  “ITO靶材對LCD面板的質量、生產效率和良品率起關鍵性作用,其品質要求非常高。”戴品強表示。2015年之前,國產ITO靶材存在純度不夠、坯體密度不足等問題,影響ITO薄膜的透過率、電阻率和均一性,只能用在太陽能薄膜、低精度觸摸屏等中低端領域。

  此前,國內高品質ITO靶材基本依賴進口,其核心技術長期被日本、韓國企業壟斷。尤其ITO靶材的原材料銦錠全球80%都在中國生產,國外公司從中國進口銦錠,生產成高品質ITO靶材,再高價出口到中國。

  解決兩大關鍵難題

  為此,決心自主研發生產ITO靶材的阿石創,與長期合作的福建工程學院開始合作研發。2012年,福建阿石創新材料股份有限公司專家工作站通過認定,戴品強作為工作站的領銜專家,帶領建站專家團隊9人,與企業進站技術團隊15人進行ITO靶材研發。

  要生產出高品質的ITO靶材,需要解決兩大關鍵難題。一是靶材由靶坯和背板組成,靶坯ITO是氧化物,背板是金屬銅,二者熱膨脹系數差別大,綁定時容易造成靶坯開裂、銅背板變形,越大尺寸的靶材開裂變形越為嚴重;二是高品質靶材的純度要求大于99.99%,內部晶粒平均晶粒尺寸在4~5微米,且組織均勻,相對密度大于99.7%,但國內當時的技術和裝備都難以生產如此高純度、高致密度和高均勻性靶材。

  針對這些難題,工作站的專家團隊經過4年多的不懈努力,創新研發出了高純納米粉制備和粉體均勻化、ITO靶材成型及燒結、ITO靶材綁定3項關鍵技術,在高品質ITO靶材關鍵核心技術上取得了全方位突破。

  “對于靶材綁定技術瓶頸,我們通過特有的ITO靶材攪拌絲摩擦發熱技術實現大面積連續移動焊合,開發出金屬過渡層制備新工藝,設計制造了相關裝備,達到了高品質靶材整體翹起不超過±2毫米的要求。”戴品強說,“針對純度、致密度、均勻性等問題,我們采用多工序協同調控粉體性能新方法,提出了高純納米粉制備技術、粉體均勻化技術,研發了高致密度、低水分坯體成型新技術,設計制造了靶材生坯成型裝置,開發了富氧燒結關鍵技術,攻克了靶材燒結時高溫脫氧和晶粒粗大等技術難題。”

  替代國外進口產品

  應用這些新技術與生產設備進行試生產的產品,通過了福州京東方光電科技有限公司的導入測試驗證。產品的薄膜顆粒數量、面電阻、膜厚、透過率等各項性能指標,均達到國外同類先進靶材的水平,完全可以替代國外進口產品,用于TFT-LCD生產。

  2017年,阿石創自主創新開發的TFT-LCD用高品質ITO靶材,正式投入量產。自此,我國突破了大尺寸高端ITO靶材的國外技術壁壘,在顯示面板產業重要材料國產化的道路上又前進了一步。

  目前,該公司生產的硅靶材作為應用于手機玻璃蓋板的重要靶材產品,已獲得多家手機玻璃蓋板生產客戶的認可,并已實現批量供貨。

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