靶材是高速荷能粒子轰击的目标材料,用于高能激光武器中,不同功率密度、不同输出波形、不同波长的激光与不同的靶材相互作用时,会产生不同的杀伤破坏效应,用于物理镀膜中的溅镀,主要有金属靶材和陶瓷靶材。根据不同的形状,靶材分为长靶、方靶、圆靶、管靶,而根据不同的组成成分,靶材主要分为金属、合金、陶瓷靶材,不同构成的靶材其性质大不相同,因此根据不同领域的不同需求,也衍生出多样化的靶材。
靶材主要品种
分类标准产品类别
按形状分类长靶、方靶、圆靶、管靶
按化学成份分类金属靶材(纯金属钼、铝、钛、铜、钽等)、合金靶材(钼铌合金、钼钛合金、钼钽合金、镍铬合金、镍钴合金等)、陶瓷化合物靶材(氧化物、硅化物、碳化物、硫化物等)
按应用领域分类半导体芯片靶材、平面显示器靶材、太阳能电池靶材、信息存储靶材、工具改性靶材、电子器件靶材、其他靶材
二、竞争分析
由于靶材核心需求是高密度、高纯度、高均匀性,所以在不同应用领域对靶材材料的选择和性能要求也各不相同,尤其是半导体领域对靶材技术和纯度要求高。现阶段,企业对靶材研究方向主要体现在多元化、高纯度、大型化、高利用率等方面。
靶材对于不同性能有不同的高要求
性能指标影响
纯度靶材中的杂质和气孔中的O2和H2O在沉积过程中容易在薄膜表面形成熔滴和孔洞。因此靶材纯度越高,溅射薄膜的均匀性越好,性能越高。
致密度靶材的致密度不仅影响溅射沉积速率、还影响薄膜的物理和力学性能。靶材致密度越高,溅射膜粒子的密度越低,放电现象越弱,薄膜的性能也越好;致密度低的靶材在溅射过程中,存在于靶材孔隙中的气体突然释放,造成大尺寸颗粒飞溅,或在成膜之后薄膜受到二次电子的轰击产生微粒,这些微粒的出现将严重影响涂层质量。
成分与结构均匀性靶材的成分和结构均匀,在镀膜过程中才能均匀地溅射在基体上,如果均匀性不好,沉积出来的薄膜容易出现孔洞、间隙、凸起等缺陷。
晶粒尺寸和取向靶材的晶粒尺寸越细小,沉积的薄膜厚度分布越均匀,溅射速率越快。合金靶材的溅射沉积镀膜过程中具有择优溅射现象,这将严重影响到薄膜的化学组成。
几何形状与尺寸加工精度体现在表面粗糙度和平整度等。需要关注靶材表面有无开裂、缩孔和难熔不熔物等,表面质量缺陷对溅射镀膜均匀性影响很大。
其他性能要求主要是对溅射靶材的热导率、电导率和热膨胀系数的要求。因溅射导致靶材的温度升高,热导率越高热量传递的越快,靶材离子的蒸发效果越好,沉积效率越高;靶材与基材的热膨胀系数的差值越小越好,借以减小热应力的影响
由于靶材对于不同性能有不同的高要求,所以工艺壁垒较高。目前,我国靶材所采用的溅射镀膜工艺均来自国外,尤其是霍尼韦尔、日矿金属等日美企业引进较多,2021年日美企业市场份额占据国内靶材70%以上。
由于靶材对于不同性能有不同的高要求,所以工艺壁垒较高。目前,我国靶材所采用的溅射镀膜工艺均来自国外,尤其是霍尼韦尔、日矿金属等日美企业引进较多,2021年日美企业市场份额占据国内靶材70%以上。
此外,在应用领域方面,不同领域使用靶材成分、用途及性能要求不同。例如,氧化铟锡(ITO)靶材是平板显示器制造领域的核心材料,是靶材中技术难度较大的产品,ITO靶材内部晶体结构需要工艺技术搭配出来,比金属靶材的工艺复杂的多,所以ITO靶材技术壁垒高。
不同领域使用靶材成分、用途及性能要求
应用领域金属材料主要用途性能要求
半导体芯片超高纯度铝、钛、铜、钽等制备集成电路的关键原材料技术要求最高、超高纯度金属、高精度尺寸、高集成度
平面显示器高纯度铝、铜、钼等,掺锡氧化铟(ITO)高清晰电视、笔记本电脑等技术要求高、高纯度材料、材料面积大、均匀性程度高
太阳能电池高纯度铝、铜、钼、铬等,ITO TCO薄膜技术要求高、应用范围大
信息存储铬基、钴基合金等光驱、光盘等高储存密度、高传输速度
工具改性纯金属铬、铬铝合金等工具、模具等表面强化性能要求较高、使用寿命延长
电子器件镍铬合金、铬硅合金等薄膜电阻、薄膜电容要求电子器件尺寸小、稳定性好、电阻温度系数小
其他领域纯金属铬、钛、镍等装饰镀膜、玻璃镀膜等技术要求一般,主要用于装饰、节能
整体上来看,我国靶材行业起步时间较晚,是一个较新的行业,在工艺与生产技术方面和国外先进企业相比,存在较大差距,尤其是高纯溅射靶材市场仍然被美国、日本生产厂商所垄断。随着靶材产业向高纯度、大尺寸方向发展,国产企业需要加快研发出不同应用领域的靶材产品,才能在全球靶材市场中占据一席之地。
我国靶材行业细分领域各企业对比
名称国家成立日期主要产品应用领域主要客户
霍尼韦尔美国1885年铝、铜、钛、钽和钛铝靶材等半导体、平面显示/
JX金属(日矿日石金属)日本1992年铜、铝、钛、钽、钨靶材、ITO靶材等半导体、平面显示、光伏电池/
东曹日本1935年铝、铜、钽、钛、铬、ITO靶材等半导体、太阳能光伏、平板显示、磁记录媒体
林德(普莱克斯)美国1907年铝、钛、铜、钽靶材等半导体、平面显示
三井矿业日本1950年ITO、IGZO靶材半导体、平面显示
住友化学日本1913年铝靶材等半导体
爱发科日本1952年铝、铜、钼靶材等平面显示、半导体、太阳能电池
江丰电子中国2005年铝、钛、钽、钨钛靶材等半导体(主要为超大规模集成电路领域)、平面显示、太阳能等中芯国际、台积电、格罗方德、意法半导体、东芝、海力士、京东方、SunPower等
阿石创中国2002年ITO、钼靶材等平面显示、光学元器件、节能玻璃等京东方、友达光电、群创光电、水晶光电、维信诺、蓝思科技、伯恩光学、高意科技等
隆华科技中国1995年钼、ITO靶材等平面显示、太阳能光伏电池、半导体等京东方、天马微电子、TCL华星、台湾群创、信利半导体、韩国LGD等
有研亿金中国2000年铜、铝、钛靶、钴、钽靶材等半导体等中芯国际、长江存储以及新加坡、韩国等国内外高端集成电路厂商
映日科技中国2015年ITO、硅、钼靶材等平面显示、太阳能光伏电池、半导体(LED芯片)、节能玻璃等京东方、惠科集团、华星光电、彩虹光电、长信科技、蓝思科技、伯恩光学等
先导薄膜中国2017年ITO、钼、铝、铜靶材等平面显示、太阳能光伏电池、半导体、精密光学、数据存储及玻璃等华星光电、京东方、友达光电等
不过,在目前的国内企业生产研发情况来看,我国靶材行业生产企业在技术、工艺及市场方面均有较大的进步,尤其是头部靶材厂商制造技术已经能够和国外企业齐平甚至超过,例如国产高纯Mo靶材、ITO靶材已实现技术突破,并且具备相对有竞争力的产业优势,扭转靶材长期依赖进口的不利局面。
同时,近年国家政策大力支持靶材国产替代,如国务院颁布《“十四五”规划和2035年远景纲要目标》,提出加强集成电路设计工具、重点装备和高纯靶材等关键材料研发,《关于支持集成电路产业和软件产业发展进口税收政策的通知》,提出对于靶材生产企业,进口国内不能生产或性能不能满足需求的自用生产性原材料、消耗品,免征进口关税。因此,在国家相关政策支持推动下,我国靶材行业技术有望取得新突破且国产化替代将加速,市场需求保持增长。(WYD)
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