1、定義
靶材制造用鈦方塊指通過高純度鈦原料經(jīng)精密熔煉、成型及加工制成的塊狀材料，專用于物理氣相沉積（PVD）、磁控濺射等鍍膜工藝中的濺射靶材。其核心要求包括：
超高純度（≥99.995%），減少雜質(zhì)對薄膜性能的影響；
均勻微觀組織（晶粒尺寸≤100 μm），確保濺射膜層一致性；
高密度（≥99.5%理論密度），避免濺射過程中產(chǎn)生顆粒飛濺。
2、材質(zhì)類型與特點
| 材質(zhì)類型 | 特點與應(yīng)用場景 |
| 高純鈦（HP-Ti） | 純度≥99.995%（5N5），用于半導(dǎo)體、光學(xué)鍍膜（如DRAM電極、AR玻璃涂層） |
| 鈦合金靶材 | 如Ti-Al（含鋁6%-10%），用于耐磨涂層（切削工具、航空發(fā)動機葉片） |
| 摻雜鈦靶材 | 添加少量稀土（如Y、La）或非金屬（B、C），改善薄膜導(dǎo)電性或抗氧化性（如透明導(dǎo)電膜） |
3、性能要求
純度控制：
關(guān)鍵雜質(zhì)限制：氧≤100 ppm、鐵≤50 ppm、碳≤30 ppm（半導(dǎo)體級靶材）。
放射性元素（U/Th）≤1 ppb（用于集成電路制造）。
晶體結(jié)構(gòu)：
等軸晶組織（晶粒度ASTM 6-8級），避免濺射時出現(xiàn)“結(jié)瘤”缺陷。
擇優(yōu)取向控制（如(002)織構(gòu)），影響薄膜的晶體生長方向。
物理性能：
導(dǎo)電率≥3.0×10? S/m（用于導(dǎo)電薄膜靶材）；
熱膨脹系數(shù)（CTE）與基材（如硅片、玻璃）匹配，減少熱應(yīng)力。
4、執(zhí)行標準
| 標準類型 | 典型標準 | 關(guān)鍵指標 |
| 純度等級 | ASTM F2980（高純鈦材） | 5N5級（99.9995%），雜質(zhì)元素總含量≤50 ppm |
| 微觀組織 | SEMI F47（半導(dǎo)體靶材） | 晶粒尺寸≤100 μm，無氣孔、夾雜物（SEM檢測） |
| 密度測試 | ASTM B311（燒結(jié)材料密度） | 相對密度≥99.5%（阿基米德法） |
| 表面質(zhì)量 | ISO 10110-7（光學(xué)表面粗糙度） | Ra≤0.05 μm（拋光后靶材表面） |
5、加工工藝與流程
核心流程：
原料提純：
電子束熔煉（EBM）：真空環(huán)境下去除揮發(fā)性雜質(zhì)（如Mg、Cl），純度提升至99.99%。
區(qū)域熔煉（Zone Refining）：進一步提純至5N5級，雜質(zhì)分布均勻化。
成型加工：
熱等靜壓（HIP）：鈦粉在1200℃/100 MPa下致密化，消除內(nèi)部孔隙。
熱軋/鍛造：多道次軋制（變形量≥70%）細化晶粒，控制織構(gòu)取向。
熱處理：
退火工藝：800-900℃真空退火2-4小時，消除殘余應(yīng)力并均勻晶粒。
精密加工：
線切割（WEDM）：加工靶材至精確尺寸（公差±0.1 mm）。
鏡面拋光：金剛石研磨液拋光至Ra≤0.02 μm（用于光學(xué)鍍膜靶材）。
關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：
大尺寸靶材（如G6代線≥2000 mm）的均勻性控制；
超低氧含量（≤50 ppm）的穩(wěn)定生產(chǎn)工藝。
6、關(guān)鍵技術(shù)
晶粒取向控制技術(shù)：
通過多向鍛造+交叉軋制，實現(xiàn)(002)擇優(yōu)取向（織構(gòu)強度≥3.0 MRD）。
雜質(zhì)元素精準分析：
GDMS（輝光放電質(zhì)譜）檢測ppb級雜質(zhì)，確保半導(dǎo)體級靶材純度。
綁定技術(shù)：
鈦靶與背板（銅/鋁）的爆炸焊接或釬焊，界面結(jié)合強度≥150 MPa。
7、應(yīng)用領(lǐng)域
| 行業(yè) | 應(yīng)用場景 | 靶材類型與規(guī)格 |
| 半導(dǎo)體 | 集成電路銅互連阻擋層 | 高純鈦靶（純度5N5，尺寸300 mm×300 mm×6 mm） |
| 顯示面板 | OLED陽極、TFT導(dǎo)電膜 | Ti-Al合金靶（Al 10%，厚度8-10 mm） |
| 光學(xué)鍍膜 | 增透膜（AR）、反射鏡 | 高純鈦靶（Ra≤0.02 μm，直徑500 mm） |
| 工具涂層 | TiN/TiAlN耐磨涂層 | 鈦靶+Al靶組合濺射，厚度15-20 mm |
8、鈦靶材與其他材料靶材對比
| 材料 | 優(yōu)勢 | 局限性 |
| 鈦靶材 | 高熔點（1668℃）、膜層致密 | 濺射速率較低（需高功率電源） |
| 鋁靶材 | 成本低、濺射速率高 | 膜層硬度低（HV~200），易氧化 |
| 銅靶材 | 導(dǎo)電性優(yōu)（用于互連） | 易與硅發(fā)生擴散，需加阻擋層 |
| 鎢靶材 | 耐高溫、耐磨 | 密度高（19.3 g/cm3），加工難度大 |
9、未來發(fā)展新方向
超大尺寸靶材：
開發(fā)G10.5代線（3370 mm×2940 mm）鈦靶，滿足8K顯示面板需求。
多腔體拼接技術(shù)解決大靶材成型難題。
復(fù)合靶材設(shè)計：
鈦/鉭層狀復(fù)合靶，一步濺射生成Ti-Ta-O阻隔層（用于3nm芯片）。
梯度成分靶材（如Ti-Al漸變），實現(xiàn)薄膜成分精準調(diào)控。
綠色制造技術(shù)：
廢靶回收：氫化-破碎-重熔工藝，回收率≥95%。
低能耗電子束熔煉（EBM）技術(shù)，能耗降低30%。
智能化檢測：
AI視覺自動識別靶材表面缺陷（微裂紋、夾雜）。
在線質(zhì)譜儀實時監(jiān)控熔煉過程雜質(zhì)含量。
總結(jié)
靶材制造用鈦方塊是高端鍍膜工藝的核心材料，其技術(shù)壁壘集中于超純?nèi)蹮?、精密成型及微觀組織調(diào)控。未來發(fā)展方向聚焦于超大尺寸、復(fù)合結(jié)構(gòu)及綠色制造，以滿足半導(dǎo)體微縮化、顯示大屏化趨勢的需求。通過材料創(chuàng)新與工藝升級，鈦靶材將在5G通信、柔性電子等新興領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。
