ZnO?Al2O3?MgO濺射靶及其制備方法技術

已知通過以下步驟制備由ZnO?Al2O3?MgO(ZAMO)構成的晶體材料：干法混合原料組分的粉末，所述原料組分包含Al2O3、ZnO和MgO，或者這些物質的前體；以及燒結所得粉末混合物，從而獲得濺射靶。本發明專利技術的目的是提供一種具有3N質量或更好質量的高純度靶，所述靶不包含或者僅包含少量的由Al2O3和MgO構成的單相。為此，已提出所述混合步驟包括在液體中混合所述原料組分的粉末，從而所述原料粉末在所述液體中的最大溶解度小于200mg/kg，因此用于混合步驟的所述液體包括水，而且MgCO3粉末用作MgO的前體組分。所得ZAMO濺射靶的特征在于其具有這樣的微觀結構：所述微觀結構包含少于1重量％的由Al2O3或MgO中任意一者所構成的單組分氧化物相，因此該微觀結構包含紅鋅礦、鋅尖晶石(ZnAl2O4)和尖晶石(MgAl2O4)的單相區和二元相區。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及ZnO-Al2O3-MgO濺射靶。該材料在下文中也被稱為ΖΑΜ0。另外，本專利技術涉及用于制備ZnO-Al2O3-MgO濺射靶的方法，其包括以下步驟??混合包含A1203、ZnO和MgO或者這些物質的前體的原料組分的粉末；以及燒結所得粉末混合物，從而獲得所述濺射靶，其中所述混合步驟包括在液體中混合所述原料組分的粉末。
技術介紹
EP 1887100B1公開了一種ZAMO材料及其制備。該材料是采用粉末冶金方法通過干混多種單獨的氧化物得到。其提出在100tC下預煅燒兩種單獨的氧化物的混合物，最后加入第三種氧化物進行壓型，隨后對該靶材進行燒結。這種方法的主要缺點是氧化物分布不均勻以及存在相當數量的Al2O3和MgO的單相。有時甚至要在球磨機中進行兩次干混，這將導致顯著量的來自于研磨介質的雜質。這使得獲得具有3N質量或更好質量的純靶材是不可能的，并且對層的性能產生嚴重的后果，尤其是半透明性。例如，ZAM088/1.5/10.5原子％的電阻為至少30m0hm.cm，如35m0hm.cmD另一種通過水基漿料和濕磨制備具有小晶粒尺寸的ZnO-Al2O3-MgO(ZAMO)陶瓷的方法，由于從MgO中溶出的Mg2+離子的溶解度而導致出現問題。這些Mg2+使得各顆粒周圍的雙電層不穩定。因此，無法實現漿料中單獨氧化物顆粒的良好抗絮凝作用。可以通過EP 2514851A1中公開的用于制備Al-Mg-Ga-Zn氧化物濺射靶的方法避免這一問題。所述濺射靶的制備包括:在乙醇中將起始氧化物粉末濕磨至平均粒徑〈0.4微米、干燥所述粉末、以及真空下在石墨模具中進行熱壓。所得派射革El具有6m0hm.cm(各自2m0hm.cm)的電阻。雖然Ga2O3的份額低于0.1重量％，但是該低含量足以由所述濺射靶得到透明膜，其加熱后在潮濕氣氛中仍保持低電阻率。US 2009/101493A1公開了一種Mg-Zn氧化物濺射靶，其可以額外地含有氧化鎵和/或氧化鋁。鎂的份額是2-30原子％，Ga2O3Al2O3的份額為3.2至6.5原子％。通過燒結方法制備所述革E材。起始粉末經過精細的研磨(〈I微米)，并且與粘合劑一起加工成顆粒，然后將其壓制成成形體并進行燒結。所得靶材由Al/Ga和Mg在ZnO中的完全固溶體構成。在XRD圖中既看不到MgO相，也看不到MgAl2O4混合相。所述革El材的電阻為約ImOhm.cm。US 2012/0153237A1描述了一種基于ZnO和其他組分的壓敏電阻組合物，所述其它組分是以含Ca和含Mg化合物的形式存在，其適宜于降低該壓敏電阻材料的介電常數。該文獻提到，含鎂的添加劑為MgO或MgC03。這兩種化合物在ZnO晶體基質中表現出高的溶解度，從而能夠獲得ZnO的固溶體。技術目標然而，完美的抗絮凝是很好地分散氧化物混合物以及研磨工藝的先決條件，這是制備ZAMO的情況所要求的。這是為了保證均勻的氧化物分布。因此，通過避免僅含單一不導電氧化物以實現順利的濺射行為是人們所期望的，尤其是在由這樣的濺射靶生產均勻光學層需要滿足更嚴格要求的情況下更是如此。由于電弧作用，濺射靶中單一氧化物的富集是不利的，其結果是造成擇優濺射和不均勻濺射層。使用精細研磨的粉末作為起始材料需要充分的研磨過程，這涉及時間和金錢，并且不可避免地造成磨損，這種磨損可能將雜質帶入粉末中。因此，本專利技術的目的是提供一種具有3N或更高品質的高純度靶，其適合用于生產滿足高質量要求的均勻的光學層。此外，本專利技術的目的是提供一種適合于廉價地制造濺射靶的方法。
技術實現思路
從上述的方法實現本專利技術的目的，對于該方法，所述原料粉末在所述液體中的最大溶解度小于200mg/kg，其中所述液體包含水，MgOV^末用作MgO的前體組分。根據該方法，進行組分粉末的濕法混合。在濕法混合過程中，從混合設備釋放出較少的雜質，從而可以保持最終產品的高純度。為了避免由溶解在液體中的任何組分的帶電離子所導致的對抗絮凝的負面影響，使用所述原料粉末在其中具有低的溶解度的液體。在這方面，低溶解度是指該組分的溶解度盡可能低，這意味著，在每公斤所述液體中，原料組分中所溶解的固體的含量小于200mg。干燥后，由于較短的擴散路徑，漿料中充分混合的氧化物在燒結過程中促使單一氧化物之間固溶體的形成。通過均勻分散的起始混合物避免主體中單一元素或氧化物的進一步富集。所得靶材包含最小量的單相氧化物。這樣的單相氧化物對靶材的均勻性造成負面影響，進而影響濺射均勻性。其微觀結構主要包含ZnO以及三元和二元氧化物。其不包含由Al2O3或MgO所構成的單組分氧化物相，或者其包含少于I重量％的這種單組分氧化物相。在混合步驟中所用的液體包含水，MgOMt末用作MgO的前體組分。與MgO相比，MgCO3在水中具有低的溶解度。具體地，MgCO 3在Ikg蒸餾水中的最大溶解度小于200毫克。 1%0)3是MgO的前體材料。在燒結前的煅燒步驟中，MgCO 3被氧化形成MgO。在該方法的一個優選的變型中，液體中混合包括濕磨過程，由此所述濕混形成具有平均粒徑(d9。值)小于10 μ m、優選地小于5 μ m，但是d 5。值大于I μ m的顆粒的原料組分的精細粉末。由于如此小的粒徑，所述粉末具有高的表面積，從而獲得所述粉末混合物的高燒結活性，其需要的燒結溫度低于使用低燒結活性的粉末混合物的情況下所需的溫度。較低的燒結溫度可避免燒結過程中過量的晶粒生長，并有助于減少由MgO或Al2O3構成的氧化物相的區域的量。盡管如此，與以上提到的現有技術相比，所述粉末的平均粒徑是相當大的(d50值>1 μπι)。因此，可以使成本密集型和雜質敏感型的研磨程序最少化。在所述方法一個優選的變型中，按以下組成范圍(重量％ )提供原料粉末:Al2O3:0.5-5，優選地 2-4MgO: 0.5-15，優選地 3_9(余量=ZnO)。對于所述ZnO-Al2O3-MgO濺射靶，根據本專利技術實現上述目的的原因在于:所述濺射靶包含這樣的微觀結構，其由ZnO以及三元和二元氧化物構成，而其包含的由Al2O3或MgO任一者構成的單組分氧化物相的量小于I重量％，由此該微觀結構中包含紅鋅礦、鋅尖晶石(ZnAlO4)和尖晶石(MgAlO4)的單相和二元相區域。在理想的情況下，靶材的微觀結構完全由氧化鋅和二元或三元氧化物構成，所述二元或三元氧化物分別形成多種元素的固溶體。實踐中，可能含有一定量的MgO或Al2O3,甚至是低于X射線衍射檢測限度以下的含量。元素分析結果顯示鋅、鋁、鎂和氧均勻分布。本專利技術的濺射靶具有細晶結構，屬于ZnO-Al2O3-MgO的元素均勻分布于主體材料中。但是，它包含多個晶相。通常，例如上述現有技術中，需要的是沒有這種結晶型二元或三元相的固溶體。與此相反，本專利技術濺射靶的微觀結構中含有紅鋅礦、鋅尖晶石(ZnAlO4)和尖晶石(MgAlO4)的單相和二元相區域，由此，優選地，鋅尖晶石相區域具有小于5 μ??的橫向尺寸，尖晶石相區域具有小于Ιμ??的橫向尺寸。所述橫向尺寸為平均值。已發現，所述紅鋅礦、鋅尖晶石(ZnAlO4)和尖晶石(MgAlO4)區域是使用相對粗的初始顆粒的結果。粗顆粒需要相對較少的用于研磨的時間和能量，并且其包含較少的由于磨蝕和磨損所引起的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制造ZnO?Al2O3?MgO濺射靶的方法，其包括以下步驟：混合原料組分的粉末，所述原料組分包含Al2O3、ZnO和MgO，或者這些物質的前體；以及燒結所得粉末混合物，從而獲得所述濺射靶，所述混合步驟包括在液體中混合所述原料組分的粉末，其特征在于，所述原料粉末在所述液體中的最大溶解度小于200mg/kg，并且因此所述液體包括水，以及MgCO3粉末用作MgO的前體組分。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德列亞斯·赫爾佐克，克里斯托夫·西蒙斯，
申請(專利權)人：賀利氏德國有限及兩合公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE