钼粉形貌对溅射靶材微观组织的影响

李 晶，安 耿，刘仁智

(金堆城钼业股份有限公司技术中心，陕西 西安 710077)

0 前言

随着微电子技术、光学和光电子技术的飞速发展，特别是表面技术和薄膜材料的发展，薄膜科学应用日益广泛。溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面。被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材［1-3］。

作为LCD(液晶显示)、PDP(等离子显示)等平面显示器的电极和配线材料的钼系合金靶材引人注目。LCD(液晶显示)的黑色基体主要使用的是铬，但随着平面显示器的大型化和高精度化，越来越需要比阻抗小的材料。研究表明，钼具有比阻抗和膜应力仅为铬的1/2 的优势，而且不存在环境污染问题，因此成为了平面显示器溅射靶材的首选材料之一。

1 实 验

实验选用两种形貌的钼粉，一种为普通钼粉(记为1#)，一种是粒度大小相对均匀的钼粉(记为2#)。两种钼粉的费氏粒度分别为3.3 μm、3.5 μm，形貌见图1。

普通钼粉(1#)的颗粒大小不均，大小颗粒粒径相差较大。形貌上，大颗粒呈等轴状或接近球形且基本无团聚现象，而小颗粒基本以团聚体存在，且小颗粒相互之间出现烧结颈。低倍数下的形貌呈现大量大小不等的团聚块。而2#钼粉在低倍数下粉体的分散性较好，无大的团聚块存在。高倍数下，钼粉颗粒大小相对均匀，分布疏松，而且钼粉大多以单颗粒形式存在，无明显的团聚现象，颗粒形貌呈等轴状。

将上述两种钼粉采用相同的压制烧结工艺和轧制工艺加工成钼靶材，并采用相同的温度进行退火。

2 分 析

对于钼溅射靶材来说，最终的晶粒组织越小，晶粒大小分布越均匀，溅射薄膜的各项组织性能也相对较好。而影响微观组织性能的因素主要有原料钼粉的形貌、压力加工方式、加工总变形量及最终靶材的退火温度等。

图1 两种钼粉的形貌的SEM 照片

2.1 钼粉形貌对溅射靶材组织的影响

图2 是两种钼粉加工成的成品钼溅射靶材的金相组织。相比之下，在同样的加工工艺和退火温度下，2#钼粉加工成的钼溅射靶材的晶粒要小于1#钼粉，而且晶粒组织的均匀性也明显优于1#钼粉加工成的溅射靶材。因此，粒度大小均匀、分散性好的钼粉有利于成品靶材细小均匀微观组织的形成。

图2 两种钼粉加工的成品钼靶材的金相照片

1#钼粉不均匀组织的出现主要是因为烧结过程中大小不一的颗粒烧结能量不同所致。由于颗粒团聚时，颗粒在烧结过程中表面能下降，烧结活性降低，尤其在粉体中存在的紧密型葡萄体颗粒，致使表面严重钝化，团聚态粉末相对周围颗粒烧结滞后，形成“周围优先烧结”局面。当滞后烧结的团聚态粉体开始启动烧结时，周边已经形成相对致密“墙”，导致团聚体颗粒和单颗粒烧结能量不均匀。而轧制过程是将原有的颗粒沿轧制方向拉长，而并不会改变原有的颗粒总体形貌，即使增大变形量，轧制力也不足以使板材内的所有颗粒破碎成大小均匀的颗粒。

2.2 变形量对溅射靶材组织的影响

图3 是两种钼粉在不同变形量、相同退火温度(1 250 ℃)下制备的靶材金相组织照片。从图中可以看出，变形量60%的组织比80%的组织晶粒大。晶粒长大过程中晶界始终向其曲率中心移动是以界面能为主要驱动力来源的晶粒长大过程的共同特征。由于在晶粒组织中小晶粒的邻晶数(即界面数)较少，从而具有外凸的晶界，而大晶粒的界面数较多具有内凹晶界，所以在晶粒长大过程中随着晶界向其曲率中心的移动，小晶粒将不断缩小并趋于消亡，而大晶粒则不断长大。一般变形程度较大时，再结晶晶核主要来源于亚晶核的合并及亚晶界移动;变形程度较小时，再结晶晶核主要来源于现存晶界的突然弓出。晶核形成之后，它就借界面的移动向周围畸变区域自发地、稳定地生长。

图3 靶材显微组织金相照片

通过上述试验，按照溅射靶材的要求，从原料选择来看，颗粒大小均匀、分散性较好的钼粉适宜用于钼溅射靶材产品的原料，而常规钼粉制备的钼靶材的组织均匀性相对较差;从加工变形量来看，大的加工变形量(80%)有利于得到晶粒细小的组织结构。

3 结论

(1)选用颗粒大小均匀、无团聚的钼粉可以制备出组织较好的靶材产品。

(2)采用轧制加工工艺，大变形量有利于得到晶粒细小的靶材组织结构。

［1］郭让民.高纯钨溅射靶材制取工艺研究［J］.稀有金属材料与工程，1998，27(增):70-72.

［2］王大勇，顾小龙.靶材制备研究现状及研发趋势［J］.浙江冶金，2007，(4):1-9.

［3］刘志坚，陈远星，黄伟嘉，等.溅射靶材的应用及制备初探［J］.南方金属，2003，(135):23-24.