1、定義
純鈦靶是以鈦金屬為主要成分,純度通常在 99.95%(3N5級(jí))以上 的濺射靶材,用于物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝,通過濺射或蒸發(fā)在基材表面形成功能性薄膜。其核心用途是為半導(dǎo)體、光學(xué)器件、裝飾鍍層等領(lǐng)域提供高性能鈦基薄膜。
2、性能特點(diǎn)
高純度:雜質(zhì)(Fe、O、C等)含量極低(≤500 ppm),確保薄膜性能穩(wěn)定。
高密度:≥4.5 g/cm3,減少濺射顆粒飛濺,提升成膜均勻性。
優(yōu)異耐腐蝕性:鈦的鈍化膜(TiO?)賦予其在酸、堿及高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。
低電阻率:純鈦薄膜電阻率約為 420 nΩ·m,適合導(dǎo)電層應(yīng)用。
高溫適應(yīng)性:熔點(diǎn)達(dá) 1668°C,可在高溫濺射工藝中使用。
3、材質(zhì)與制造工藝
材質(zhì):
純度等級(jí): 3N5(99.95%)至5N(99.999%),常見牌號(hào)為 ASTM Grade 1 或定制高純鈦。
形態(tài):鍛造靶材(致密)、粉末冶金靶材(復(fù)雜形狀)。
制造工藝:
原料提純:電子束熔煉(EBM)或真空電弧熔煉(VAR),去除揮發(fā)性雜質(zhì)。
塑性加工:熱軋/冷軋→退火處理→精密切割。
表面處理:鏡面拋光(Ra≤0.4 μm)→超聲波清洗→真空封裝。
4、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)類型 | 具體標(biāo)準(zhǔn) |
國際標(biāo)準(zhǔn) | ASTM B348(鈦及鈦合金棒材/板材)、SEMI F47(半導(dǎo)體靶材通用規(guī)范) |
國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) | GB/T 3620.1(鈦及鈦合金牌號(hào))、GB/T 5193(雜質(zhì)檢測方法) |
行業(yè)規(guī)范 | 顯示面板廠商定制標(biāo)準(zhǔn)(如京東方對(duì)氧含量≤300 ppm的要求) |
5、應(yīng)用領(lǐng)域
半導(dǎo)體制造:銅互連阻擋層(Ti/TiN)、電極材料。
光學(xué)鍍膜:增透膜、高反射鏡(紫外-紅外波段)。
裝飾鍍層:手機(jī)中框、腕表的氮化鈦(TiN)金色涂層。
新能源:鋰離子電池集流體鍍層、燃料電池雙極板。
醫(yī)療器械:生物相容性鍍層(如骨科植入物表面處理)。
6、與其他靶材的異同對(duì)比
特性 | 高純鈦靶 | 鈦合金靶(如Ti6Al4V) | 純鋯靶 | 純鎳靶 |
成分 | ≥99.95% Ti | Ti + Al(6%)、V(4%)等 | ≥99.5% Zr | ≥99.9% Ni |
密度(g/cm3) | 4.51 | 4.43 | 6.52 | 8.90 |
熔點(diǎn)(°C) | 1668 | 1604-1660 | 1855 | 1455 |
薄膜特性 | 高耐蝕、低電阻 | 高硬度、耐磨 | 耐高溫氧化、中子吸收 | 高導(dǎo)電性、磁性 |
典型應(yīng)用 | 半導(dǎo)體阻擋層、裝飾鍍層 | 航空部件耐磨涂層 | 核反應(yīng)堆涂層、耐腐蝕薄膜 | 磁性存儲(chǔ)、電池電極 |
成本 | 高(提純工藝復(fù)雜) | 中等 | 極高(鋯資源稀缺) | 低 |
7、選購方法與注意事項(xiàng)
選購方法
純度驗(yàn)證:
要求供應(yīng)商提供 GDMS(輝光放電質(zhì)譜) 或 ICP-MS 檢測報(bào)告,重點(diǎn)關(guān)注 Fe、O、C 含量。
例如:4N5級(jí)鈦靶要求 Fe ≤50 ppm,O ≤300 ppm。
微觀結(jié)構(gòu)檢測:
通過 SEM(掃描電鏡) 觀察晶粒尺寸(目標(biāo) <50 μm)及氣孔率(≤0.1%)。
尺寸適配性:
匹配濺射設(shè)備腔體,如 直徑200-300 mm、厚度6-10 mm 的圓形靶材。
供應(yīng)商評(píng)估:
優(yōu)先選擇具備 EBM熔煉+熱等靜壓(HIP) 技術(shù)的廠商,確保靶材致密度。
注意事項(xiàng)
儲(chǔ)存條件:
真空鋁箔袋封裝,充氬氣保護(hù),避免吸氧(儲(chǔ)存濕度 <30% RH)。
使用優(yōu)化:
預(yù)濺射處理:功率 5-10 W/cm2,時(shí)間 15-30分鐘,去除表面氧化層。
濺射參數(shù):氬氣壓力 0.3-0.5 Pa,基片溫度 ≤300°C(避免晶粒粗化)。
維護(hù)與回收:
定期翻轉(zhuǎn)靶材(使用率 ≥80% 時(shí)),剩余靶材可回收重熔(需檢測雜質(zhì)累積)。
純鈦靶以其超低雜質(zhì)含量和優(yōu)異成膜性能,成為高端制造領(lǐng)域的核心材料。與鈦合金靶相比,其純度更高但硬度較低;與純鋯靶相比,成本更低但耐高溫性稍遜;與純鎳靶相比,耐腐蝕性更優(yōu)但導(dǎo)電性不足。選購時(shí)需嚴(yán)格把控純度與微觀結(jié)構(gòu),并結(jié)合應(yīng)用場景優(yōu)化濺射工藝,以最大化靶材利用率與薄膜性能。