氧化鋅靶材的制備方法及氧化鋅薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種氧化鋅靶材的制備方法及氧化鋅薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002] ZnO薄膜是一種具有廣泛用途的材料，其性質隨摻雜組分和制備條件的不同而表 現(xiàn)出很大的差異性。ZnO薄膜的應用主要集中在透明導電性、壓電性、光電性、氣敏性、壓敏 性等方面。ZnO材料難以達到完美的化學計量比，天然存在著鋅填隙和氧空位，除了鋅填隙 和氧空位這兩種主導的具有施主性質的缺陷外，ZnO還有氧填隙、氧錯位和鋅空位等缺陷。 因此，ZnO材料的本征態(tài)為η型極性半導體，無論是塊體還是薄膜都具有非常弱的導電性。為 了獲得具有良好導電性的 ZnO 材料，人們用 Al、Ga、In、Si、Ge、Y、Sc、F、Sn、Ti、B、V、Nb、Ta、Zr、 Hf、W、Mo等元素進行摻雜改性，用這些元素取代ZnO晶格中的Zn原子，產(chǎn)生大量的自由電子， 使ZnO材料具有類金屬的導電能力。同時，為了調節(jié)ZnO薄膜的禁帶寬度，控制其紫外吸收邊 的位置，人們摻入Mg、Cd、Be等材料來進行帶隙調控。
[0003] ZnO薄膜的制備方法較多，主要有射頻濺射法、雙離子束濺射沉積法、化學氣相沉 積法、分子束蒸發(fā)沉積、脈沖激光沉積、噴霧熱分解法以及溶膠-凝膠法等。在上述薄膜制備 工藝中，磁控濺射工藝由于具有可濺射導電和介電材料、沉積速度快、基材溫升低、對膜層 的損傷小、與基片結合好、純度高、致密、均勻性好、大面積、連續(xù)化及工業(yè)化等優(yōu)勢，自問世 后就獲得了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。
[0004] ZnO薄膜除了用于透明導電、壓電、氣敏、壓敏等領域，還可以利用其優(yōu)異的絕緣性 能用于CIGS薄膜太陽能電池的窗口層，以及電子元器件的絕緣隔離層。在磁控濺射制備ZnO 薄膜時，由于現(xiàn)有的ZnO陶瓷靶材不導電，這就要求電源必須為交流（中頻、射頻）電源。但 是，交流磁控濺射制備氧化物薄膜時存在濺射效率低的問題，為了獲得一定厚度的薄膜，需 要花費較長的工作時間。低的濺射效率和薄膜生長速率影響了生產(chǎn)的節(jié)奏，尤其是在大規(guī) 模連續(xù)化生產(chǎn)時劣勢更為明顯。

【發(fā)明內容】

[0005] 基于此，有必要提供一種能制備導電性能較好的氧化鋅靶材的制備方法及使用該 氧化鋅靶材的氧化鋅薄膜的制備方法。
[0006] -種氧化鋅靶材的制備方法，包括如下步驟：
[0007] 提供靶材原料，將所述靶材原料進行第一次球磨處理得到粉體；
[0008] 將所述粉體進行煅燒處理；
[0009] 將煅燒處理后的所述粉體進行第二次球磨處理后造粒得到粒料；
[0010] 將所述粒料進行成型處理得到素坯；
[0011] 在空氣氣氛下將所述素坯進行脫脂處理得到脫脂后的素坯;及
[0012] 將所述脫脂后的素坯進行缺氧燒結得到氧化鋅靶材。
[0013] 在其中一個實施例中，所述靶材原料包括氧化鋅及摻雜材料，所述摻雜材料選自 含鎂化合物、含鈹化合物、含鈣化合物、含鍶化合物及含鋇化合物中的至少一種，所述摻雜 材料對應的氧化物與所述氧化鋅的質量比為0:100~5:100。
[0014] 在其中一個實施例中，所述第一次球磨處理時還加入去離子水及分散劑，所述分 散劑與所述氧化鋅的質量比為1:100~3:100。
[0015] 在其中一個實施例中，所述煅燒處理在空氣氣氛下進行，所述煅燒處理的溫度為 550 °C~1000 °C，所述煅燒處理的時間為2小時~5小時。
[0016]在其中一個實施例中，所述第二次球磨處理時還加入去離子水、粘結劑及分散劑， 所述粘結劑與煅燒處理后的所述粉體的質量比為〇. 5:100~1.5:100，所述分散劑與煅燒處 理后的所述粉體的質量比為〇. 5:100~2:100;所述造粒的方法為噴霧造粒。
[0017] 在其中一個實施例中，所述素坯在400°C~600°C下保溫5小時~10小時進行脫脂 處理得到脫脂后的素坯。
[0018]在其中一個實施例中，所述缺氧燒結為還原性氣氛燒結，所述還原性氣氛為氫氣 與氮氣的混合氣氛，所述混合氣氛中氫氣的體積百分含量為0.5%~5%，所述氣氛燒結的 燒結溫度為1 〇〇〇 °C~1500 °C，所述缺氧燒結的燒結時間為2小時~6小時。
[0019] 一種氧化鋅薄膜的制備方法，采用上述任一項所述的氧化鋅靶材的制備方法制備 的氧化鋅靶材進行直流磁控濺射。
[0020]上述氧化鋅靶材的制備方法，將素坯先脫脂處理，之后再進行缺氧燒結，使得氧化 鋅在一定程度上脫氧，氧化鋅靶材從本征半導體變?yōu)榘雽w，提高了氧化鋅靶材的導電性， 滿足直流磁控濺射工藝對靶材導電性的要求，并且在氧氣氣氛下濺射制備的氧化鋅薄膜仍 然保持高的電阻率和透光率。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為一實施方式的氧化鋅靶材的制備方法的流程圖；
[0022]圖2為實施例1制備的ZnO靶材的掃描電鏡照片；
[0023]圖3為實施例2制備的ZnO靶材的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0024] 下面主要結合具體實施例及附圖對氧化鋅靶材的制備方法及氧化鋅薄膜的制備 方法作進一步詳細的說明。
[0025] 請參閱圖1，一實施方式的氧化鋅靶材的制備方法，包括如下步驟：
[0026] S10、提供靶材原料，將靶材原料進行第一次球磨處理得到粉體。
[0027]優(yōu)選的，靶材原料包括氧化鋅及摻雜材料。摻雜材料選自含鎂化合物、含鈹化合 物、含鈣化合物、含鍶化合物及含鋇化合物中的至少一種。靶材原料中摻雜材料對應的氧化 物與氧化鋅的質量比為〇: 100~5:100。當摻雜材料含量為0時，制備的氧化鋅靶材為純氧化 鋅靶材。含鎂化合物、含鈹化合物、含鈣化合物、含鍶化合物及含鋇化合物對應的氧化物分 別為氧化鎂、氧化鈹、氧化鈣、氧化鍶及氧化鋇。
[0028] 進一步優(yōu)選的，氧化鋅為粉體，粉體的中心粒度(D50)為0.9μηι~4μηι。氧化鋅的純 度優(yōu)選不低于99.95 %。
[0029] 含鎂化合物優(yōu)選為MgO。含鈹化合物優(yōu)選為BeC03。含媽化合物優(yōu)選為CaC03。含鎖化 合物優(yōu)選為SrC03。含鋇化合物優(yōu)選為BaC03。當然，上述摻雜元素不限于為上述列舉的材料， 可以是含有這些元素的其他化合物，在此不一一列舉。
[0030] 優(yōu)選的，第一次球磨處理的時間為12小時小時。
[0031]優(yōu)選的，第一次球磨處理采用滾筒式球磨處理，鋯球作為研磨材料。
[0032] 優(yōu)選的，第一次球磨處理時還加入去離子水及分散劑。分散劑與所述氧化鋅的質 量比為1:100~3:100。去離子水的量根據(jù)靶材原料、去離子水及分散劑混合形成的漿料的 固含量為50%~70%來稱取。
[0033] 進一步優(yōu)選的，分散劑為聚丙烯酸銨。當然，分散劑不限于為上述材料，也可以為 業(yè)內常用的其他材料。
[0034]優(yōu)選的，球磨后過濾鋯球得到漿料，將漿料在90°C下干燥24小時得到粉體。
[0035] S20、將粉體進行煅燒處理。
[0036] 優(yōu)選的，煅燒處理在空氣氣氛下進行，煅燒處理的溫度為550°C~1000°C，煅燒處 理的時間為2小時~5小時。
[0037] S30、將煅燒處理后的所述粉體進行第二次球磨處理后造粒得到粒料。
[0038]優(yōu)選的，第二次球磨處理時還加入去離子水、粘結劑及分散劑，粘結劑與煅燒處理 后的粉體的質量比為〇. 5:100~1.5:100，分散劑與煅燒處理后的粉體的質量比為0.5:100 ~2:100。去離子水的量根據(jù)煅燒后的粉體、去離子水、粘結劑及分散劑形成的漿料的固含 量為35 %來稱取。
[0039] 進一步優(yōu)選的，粘結劑為聚乙烯醇，分散劑為聚丙烯酸銨。當然，粘結劑和分散劑 不限于為上述材料，也可以為業(yè)內常用的其他材料。
[0040] 優(yōu)選的，第二次球磨處理的時間為6小時~8小時。
[0041]優(yōu)選的，第二次球磨處理采用滾筒式球磨處理，鋯球作為研磨材料。
[0042]優(yōu)選的，造粒的方法為噴霧造粒。
[0043] S40、將粒料進行成型處理得到素坯。
[0044] 優(yōu)選的，成型處理為冷等靜壓成型，成型壓力為150MPa~300MPa。
[0045] S50、在空氣氣氛下，將素坯進行脫脂處理得到脫脂后的素坯。
[0046] 優(yōu)選的，脫脂處理在400°C