ito靶材制备技术进展张红梅

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1、 162 B60 ITO 靶材制备技术进展 B60 ITO 靶材制备技术进展 孙本双 张红梅 扈百直 刘孝宁 王东新 刘秉宁 （西北稀有金属材料研究院， 国家钽铌特种金属材料工程技术研究中 心， 宁夏 石嘴山市 753000） 摘要：摘要： 本文详细介绍了氧化铟锡（ITO）靶材的性能与应用，分析了 国内外 ITO 靶材制备技术的发展， 比较了国内外主要 ITO 靶材生产厂 家的生产状况， 最后介绍了西北稀有金属材料研究院 ITO 靶材研发和 生产进展。 1、ITO 靶材的性能及应用1、ITO 靶材的性能及应用 掺锡氧化铟（Indium Tin Oxide, 简称 ITO）材料是一种 n 型半导

2、 体材料，该种材料包括 ITO 粉末、靶材、导电浆料及 ITO 透明导电 薄膜。ITO 粉末是制备 ITO 靶材和导电浆料的原料，ITO 靶材是磁控 溅射制备 ITO 透明导电薄膜的原料。 这种透明导电薄膜对可见光透过 率85，红外光反射率达 90%，且导电性好，有优良的化学稳定性、 热稳定性和刻蚀性，是一种用途十分广泛的特种薄膜材料，主要用作 透明电极。其主要应用分为：1、平板显示器（FPD）产业，如液晶 163 显示器（LCD） 、薄膜晶体管显示器（TFT-LCD） 、电激发光显示器 （EL） 、场发射显示器（FED） 、电致有机发光平面显示器(OELD)、 等离子显示器(PDP)等；2、

3、光伏产业，如薄膜太阳能电池；3、功能 性玻璃，如红外线反射玻璃、抗紫外线玻璃如幕墙玻璃、飞机、汽车 上的防雾挡风玻璃、光罩和玻璃型磁盘等三大领域（图 1） 。 164 图图 1 ITO靶材的应用领域 在 LCD 上的应用，如图 2 所示，其可形成电极，与液晶电极构 成正负极以驱动液晶分子旋转，以呈现出不同的文字、图案与画面。 ITO 透明导电薄膜在显示器及光电产品的应用上，扮演着关键的角 色。ITO 靶材是 LCD 产业链的重要一环，是基本的配套材料。近年 来随着平面显示器行业的蓬勃发展，对 ITO 靶材的需求也大大增长。 因此无论是靶材生产商或使用者， 都非常关注 ITO 靶材的动向， 其后

4、 续发展更是值得观注的课题。 图图 2 ITO在TFT-LCD的应用示例 2、ITO 靶材的市场需求及供应靶材的市场需求及供应 165 随着中国经济的发展和全球产业分工的深化，日本、台湾地区、 韩国的许多平板显示器制造企业都将他们的制造基地移到中国大陆。 如液晶显示器制造巨头三星、LG-Philips、台湾的友达光电等已纷纷 在中国内地建厂， 未来中国大陆将成为全球最大的液晶显示器制造中 心。同时中国许多本土企业也正规划或已经涉入 TFT-LCD、OLED、 LCD TV 等产品的研究与制造。未来几年全世界 LCD 市场整体数量 将以每年 20%以上的速度增长， 预计 2007 年将增至 42

5、0 亿美元， 2010 年 LCD 产值将超过 800 亿美元。 ITO 靶材作为制造 LCD 的三大关键材料之一，需求量也随之稳 定成长。2007 年国内 ITO 靶材需求量约 150 吨1，预计 2010 将超过 500 吨（表） 。2001 年以前 ITO 靶材的用途主要以 STN 及彩色滤光 片为主，其中用于 TN-LCD 约占 9, 用于 STN-LCD 约占 17,PDP 约占 12，TFT-LCD18，CF36，其他约 5。随着平板显示产 业的迅速发展，今后将向 TFT-LCD 应用转移。 表表 当前国内生产线建设情况 公司名称 地址 投资 技术 开建 量产 规格 产能 （片 /

6、月） 状态 备 注 深圳 信 利 汕尾 3 亿U S D G2.5 2005 2007.9 400 500mm 30k 规模生 产 4 寸液晶 上海 天 马 上海 3 3 亿 R M B G4.5 2006 2008 730 920mm 30k 规模生 产 4 寸产品 京东方成 都 成都 31 亿 RMB G4.5 2008 2009.10730 920mm 30k 规模生 产 液晶、笔记 本 京东方光 电科技 北京 13.4 亿 USD G5 2003 2005.5 1200 1300mm 100k 规模生 产 小尺寸液晶 166 上广电 NEC 上海 80 亿 RMB G5 2002 20

7、04 1200 1300mm 90k 规模生 产 液晶显示、 笔记本 龙腾光电 昆山 7 亿 USD G5 2004 2005 1200 1300mm 30k 规模生 产 液晶显示、 笔记本 深超广电 深圳 15 亿 USD G5 2006 2008 1200 1300mm 60k+ 30k 规模生 产 液晶显示、 笔记本 武汉天马 武汉 40 亿 RMB G4.5 2008 2010.12730 920mm 30k 建设中 15寸产品 成都天马 成都 30 亿 RMB G4.5 2008 2010 730 920mm 30k 建设中 15寸产品 京东方合 肥 合肥 175 亿 RMB G6

8、2009 2010.121500 1850mm 90k 建设中 液晶电视 中电熊猫 南京 138 亿 RMB G6 2009 2011 1500 1850mm 60+ 20k 建设中 液晶电视 龙腾光电 昆山 8.7 亿 USD G7.5 2009 2011 1950 2250mm 90k 建设中 液晶电视 京东方 北京 280 亿 RMB G8.5 2009 2011.3 2200 2500mm 90k 建设中 液晶电视 龙飞光电 昆山 33 亿 USD G8.5 2009 2011 2200 2500mm 90k 建设中 液晶电视 深圳华星 光电 深圳 245 亿 RMB G8.5 201

9、0.12011.102200 2500mm 100k 建设中 液晶电视 中电集团 夏普 南京 300 亿 RMB G8 2009 2011 2160 2400mm 90k 计划中 液晶电视 乐金显示 （LG） 广州 175 亿 RMB G8.5 2009 2011 2200 2500mm 60+ 60k 计划中 液晶电视 TCL 深圳 245 亿 RMB G8.5 2009 2011 2200 2500mm 80k 计划中 液晶电视 友达光电 昆山 30 亿 USD G7.5 2010 2012 1950 2250mm 100k 计划中 液晶电视 ITO 靶材的供应， 主要的供应商以日本为主，

10、 其中日本能源 （Japan Energy） 、日本三井矿业公司(Mistui Mining and Smelting Co.)、 日本东 曹（TOSOH） 、三家厂商囊括了 80以上的 ITO 市场。日本能源在 TFT 及 PDP 方面市场占有率较大，TOSOH 在彩色滤光片方面较强， 三井矿业则分配较均匀。 国内由于 ITO 靶材生产工艺的局限性， 靶材 产品尺寸及品质不高，产品大多只能由于中、低端市场，国内高端显 167 示器用靶材全部依赖进口2。 3、ITO 靶材的生产工艺及国内外技术发展状况靶材的生产工艺及国内外技术发展状况 3.1 ITO 靶材的生产工艺靶材的生产工艺 ITO 靶材

11、的生产工艺可以分为三种：热等静压法（HIP） 、热压法 （HP）和烧结法。各种生产工艺及其特点简介如下3。 3.1.1 热等静压法热等静压法 ITO 靶材的热等静压制做过程是将粉末或预先成形的胚体，在 8001400及 10002000kgf/cm2的压力下等方加压烧结。 热等静压特点： 1）能克服热压技术中需采用石墨模具的缺点，不易被还原。 2）由于制品在加热加压状态下，各个方向同时受压，所以制得 的产品密度极高（几乎可达到理论密度） ，可制成大尺寸产品。 3）热等静压强化了压制和烧结过程，降低了烧结温度，避免了 晶粒长大，可获得极好的物理机械性能。 4）但设备投入高，制品的生产成本高，生产

12、周期较长。 5）ITO 靶产品的缺氧率高。 3.1.2 热压法热压法 一般 ITO 靶材热压制做过程是在石墨或氧化铝制的模具内充填 入适当粉末以后，以 1001000kgf/cm2的压力单轴向加压，同时以 10001600进行烧结。 热压法的特点： 1）热压时，由于粉末处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性 168 流动和致密化，因此所需的成型压力较小。 2）由于同时加温、加压，有助于粉末颗粒的接触、扩散和流动 等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间。 3）但由于 ITO 陶瓷的易被还原性，石墨模具的应用限制了该技 术生产相对密度97%的 ITO 靶的能力， 同时由于靶的各部分还原度 不一致，从

13、而影响了生产 ITO 薄膜的均匀性。 4）效率低，能耗大，不能连续生产。 5）不能生产大尺寸的靶，ITO 靶产品的缺氧率高且分布不均匀。 3.1.3 无压烧结法无压烧结法 一般ITO靶材烧结制作法是在以铟锡氧化物共沉淀粉末或氧化铟 和氧化锡混合粉末为原料，加入粘结剂和分散剂混合后，压力成型， 脱脂，然后于14001600烧结。 烧结法特点： 1）能大批量连续生产，成本低。 2）适于生产大尺寸的ITO靶。 3）设备投入少。 4）ITO靶产品的缺氧率低。 5）要用超细ITO粉末（如ITO纳米粉末） 6）必须要有合适的气氛烧结工艺，技术含量高。 3.2 ITO靶材技术发展趋势靶材技术发展趋势 ITO

14、 薄膜的制备方法很多，有涂覆法、喷雾热解法、溶胶-凝胶 法、激光脉冲沉积法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和磁控溅射法 等，其中最常用的方法是 ITO 靶材磁控溅射法。ITO 靶要形成特性优 169 良的薄膜，除须有精密的溅镀设备及丰富的实务经验外，也需有高密 度且高稳定性的 ITO 靶材配合。ITO 成膜后，因为须具备导电性与透 光性，因此质量要求上须低电阻与高透光率。LCD 经过长时间的发 展后，产品质量不断提升，成本也不断下降，相对的，对 ITO 靶材的 要求也随之提高，因此，配合 LCD 的发展，未来 ITO 靶材发展大致 有以下的趋势2 ，3，4，5： (1)降低电阻率。降低电阻率。

15、随着 LCD 愈来愈精细化发展的趋向，以及它 的驱动程序不同，需要更小电阻率的透明导电膜。ITO 的理论电阻率 是 0.510-4cm，目前 ITO 靶材所形成的 ITO 膜电阻率，在基板温 度 350时，已可达到 1.110-4cm 以下，在基板温度 200时， 可达到 1.610-4cm 以下。因此，ITO 靶材的改良、溅射技术的改 善及装置的开发，都在持续改进中。 (2)高密度化。高密度化。 靶材密度的改善直接带来的益处主要表现在减少 黑化和降低电阻率方面。 靶材若为低密度时， 有效溅射表面积会减少， 溅射速度也会降低，靶材表面黑化趋势加剧，同时溅射时基底的杂质 颗粒沉积也会增加。高密度

16、靶的表面变化少，可以得到低电阻膜。靶 材密度与寿命也有关，高密度的靶材寿命较长，意味着可降低靶材成 本。使用高密度的 ITO 溅镀靶还具有使薄膜低电阻、高成膜速度、低 放电电压、 降低薄膜表面形成突起物(Nodule)及降低异常放电(Arcing) 等优点。图 3 为不同密度靶材对 Nodule 的影响，ITO 靶材密度越高， 溅射时产生的 Nodule 越少。 170 图图 3 不同密度靶材对Nodule的影响 (3)尺寸大型化。尺寸大型化。 随着液晶模块产品轻薄化和低价化趋势的不断 发展，相应的玻璃基板也出现了明显的大型化的趋势。表为 TFT-LCD 各世代玻璃基板尺寸。从 2000 年开始，玻璃基板的尺寸大 约每一年半增加 1 倍，大尺寸玻璃基板具有更大的经济规模效益，越 大的基板能让显示器厂商更有效率地使用一片基板生产出更多面板。 以主流的 17 英寸显示器面板为例，一块 550mm650mm（3G 线）的 玻璃基板只能切割 2