一种钼掺钠溅射靶材的制备方法
【专利摘要】本发明公开的一种钼掺钠溅射靶材的制备方法，步骤如下：将高纯钼粉及钼酸钠粉末混合球磨后，加入PVA充分研磨获得混合粉末；用冷等静压方式将混合粉末均匀压制成靶坯；将靶坯封入真空石英管内，置于马弗炉中采用多段升温的方式烧结；机械加工获得钼掺钠溅射靶材。本发明采用先将靶坯封入真空石英管中再进行烧结的方法，既避免了如真空热压机等大型设备的使用，又可以将多个封有靶坯的真空石英管同一批次烧结处理，极大的节约了能源，降低了成本。此外，本发明采用多段升温的方式，使得靶坯中由PVA引入的C、H及O元素得到充分释放。本发明的方法工艺简单、能耗少且成本较低，Na的掺入含量可在较大范围内进行调控，有利于产业化的应用。
【专利说明】一种钼掺钠溅射靶材的制备方法
[0001]【技术领域】本发明涉及一种靶材的制备方法，尤其涉及一种钥掺钠溅射靶材的制备方法。
[0002]【背景技术】靶材主要应用于电子及信息产业，是在溅射沉积技术中用做阴极的材料，该阴极材料在带正电荷的阳离子撞击下以分子、原子或离子的形式脱离阴极而在阳极表面重新沉积。靶材材料的技术发展趋势与薄膜技术发展趋势息息相关，尤其在薄膜太阳能电池领域中表现尤为突出。
[0003]铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池由于其廉价、高效、性能稳定和较强的抗辐射能力而得到各国光伏界的重视，成为最有前途的新一代太阳电池之一。通常铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构是在基板上依次设有钥(Mo)电极层、CIGS光吸收层、缓冲层、透明导电窗口层和表面接触层。研究表明，在CIGS薄膜中掺入一定量的Na可使CIGS太阳能电池性能得到提高，传统CIGS薄膜太阳能电池中使用钠钙玻璃基板，在制备过程中，Na可由基板向CIGS光吸收层自发扩散从而实现Na的掺入。但是，由于存在Mo导电层的阻隔往往掺入效果不佳。因此在Mo导电层中掺入一定量的Na元素则能够有效地解决这一问题，并且可以使得CIGS太阳能电池不再依赖于基板的材质和形状。为实现这一目的需要制备出高品质的Mo掺Na的派射祀材。
[0004]CN103572229A公开了采用热等静压结合高温烧结的方法制得钥掺钠靶材；CN103160791A公开了一种钠掺杂钥平面溅射靶材的制备方法，采用冷等静压以及热等静压结合的方法制得靶材。由于热等静压的方法对实验设备的要求较高，且成产周期相对较长，不利于产业化的应用。 CN103045925A公开了一种钥钠合金旋转溅射管形靶材的制备工艺，混粉并合金化后经冷等静压成形，再经多次高温烧结和锻打制得靶材。该种方法虽避免了使用真空热压机等大型设备，却需要经多次高温烧结退火(1500°C以上)，工艺复杂，能耗较大，生产成本也相对较高。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本较低且组分可控的钥掺钠溅射靶材的制备方法。
[0006]本发明的钥掺钠溅射靶材的制备方法，步骤如下:
1)备料:按摩尔比I~46:1称取纯钥粉与纯钥酸钠粉末作为原料，其中钥粉的粒度为5~10 μ m，钥酸钠的粒度为20~100μL? ;
2)磨粉:将步骤I)称取的钥粉与钥酸钠粉末混合，在高能球磨机中进行球磨2~10h，球料比为5~20:1 ;在球磨后的粉末中加入PVA (聚乙烯醇)，PVA质量为球磨后粉末质量的0.1~1%，充分研磨至混合均匀，形成钥钠合金粉末；
3)冷等静压压制:将步骤2)的钥钠合金粉末置于模具中，在20~200MPa的压力下，用压力机压制5~60m ;再将模具旋转180°，在20~200MPa的压力下，再压制5~60m ;压力除去后，将压制成型的靶坯取出；
4)烧结:将步骤3)的靶坯放入石英管中，并抽真空至0.01~0.1Pa，封管，将封有靶坯的真空石英管放入马弗炉内，升温至500°C并保温I~5h，再从500°C升温到800~1100°C，保温8~20h，之后随炉冷却至室温，升温速率控制在I~10°C /min ;得到钥掺钠溅射靶材。
[0007]本发明中，选用的钥粉与钥酸钠粉末的纯度均在99.99%以上。
[0008]本发明中，为了获得的靶材成分更加均匀，可以将经步骤4 )处理后的靶坯充分研磨成粉，重复步骤3)和步骤4) I~5次。
[0009]本发明的有益效果在于:采用先将靶坯封入真空石英管中再进行烧结的方法，既避免了如真空热压机等大型设备的使用，又可以将多个封有靶坯的真空石英管同一批次烧结处理，极大的节约了能源，降低了成本。此外，本发明采用多段升温的方法，使得靶坯中由PVA引入的C、H及O元素得到充分释放，有利于保证靶材的纯度。本发明的方法工艺简单、能耗少且成本较低，Na的掺入含量可在较大范围内进行调控，有利于产业化的应用。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
1)按摩尔比为46:1称取纯度为99.99%以上的钥粉与钥酸钠粉末作为原料并混合，使混合粉末中Na其中钥粉的粒度为10 μ m,钥酸钠的粒度为20 μ m ;
2)将步骤I)称取的钥粉与钥酸钠粉末混合，在CN-2型高能球磨机中工作电压80V下进行球磨2h,球料比为20:1 ;在球磨后的粉末中加入PVA, PVA质量为球磨后粉末质量的
0.1%，充分研磨至混合均匀，形成钥钠合金粉末； 3)将步骤2)中的钥钠合金粉末置于模具中，在20MPa的压力下，用压力机压制60m;为解决受力不均的问题，再将模具旋转180°，在20MPa的压力下，再压制60m ;压力除去后，将压制成型的靶坯取出；
4)将步骤3)中的靶坯放入石英管中，并抽真空至0.0IPa，封管，将封有靶坯的真空石英管放入马弗炉内，升温至500°C并保温5h，再从500°C升温到800°C，保温20h，之后随炉冷却至室温；升温速率控制在1°C /min ；
5)机械加工得到钥掺钠溅射靶材。
[0011]对获得的钥掺钠靶材进行EDS检测，其中钠的重量百分比为0.95%。
[0012]实施例2
1)按摩尔比为1:1称取纯度为99.99%以上的钥粉与钥酸钠粉末作为原料并混合，使混合粉末中Na其中钥粉的粒度为5 μ m，钥酸钠的粒度为100 μ m ;
2)将步骤I)称取的钥粉与钥酸钠粉末混合，在CN-2型高能球磨机中工作电压80V下进行球磨10h，球料比为5:1 ;在球磨后的粉末中加入PVA，PVA质量为球磨后粉末质量的1%，充分研磨至混合均匀，形成钥钠合金粉末；
3)将步骤2)中的钥钠合金粉末置于模具中，在200MPa的压力下，用压力机压制5m;为解决受力不均的问题，再将模具旋转180°，在200MPa的压力下，再压制5m ;压力除去后，将压制成型的靶坯取出；
4)将步骤3)中的靶坯放入石英管中，并抽真空至0.1Pa，封管，将封有靶坯的真空石英管放入马弗炉内，升温至500°C并保温lh，再从500°C升温到I100C，保温8h，之后随炉冷却至室温；升温速率控制在10°C /min ；
5)机械加工得到钥掺钠溅射靶材。
[0013]对获得的钥掺钠靶材进行EDS检测，其中钠的重量百分比为15%。
[0014]实施例3
1)按摩尔比为20:1称取纯度为99.99%以上的钥粉与钥酸钠粉末作为原料并混合，使混合粉末中Na其中钥粉的粒度为10 μ m,钥酸钠的粒度为50 μ m ;
2)将步骤I)称取的钥粉与钥酸钠粉末混合，在CN-2型高能球磨机中工作电压80V下进行球磨7h,球料比为10:1 ;在球磨后的粉末中加入PVA, PVA质量为球磨后粉末质量的
0.5%，充分研磨至混合均匀，形成钥钠合金粉末；
3)将步骤2)中的钥钠合金粉末置于模具中，在10MPa的压力下，用压力机压制30m；为解决受力不均的问题，再将模具旋转180°，在10MPa的压力下，再压制30m ;压力除去后，将压制成型的靶坯取出；
4)将步骤3)中的靶坯放入石英管中，并抽真空至0.1Pa，封管，将封有靶坯的真空石英管放入马弗炉内，升温至500°C并保温3h，再从500°C升温到1000°C，保温10h，之后随炉冷却至室温；升温速率控制在5°C /min ；
5)将经步骤4)处理后的靶坯充分研磨成粉，重复步骤3)及步骤4)；
6)机械加工得到钥掺钠溅射靶材。
[0015]对获得的钥掺钠靶材进行EDS检测，其中钠的重量百分比为5.8%。
【权利要求】
1.一种钥掺钠溅射靶材的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)备料:按摩尔比I~46:1称取纯钥粉与纯钥酸钠粉末作为原料，其中钥粉的粒度为5~10 μ m，钥酸钠的粒度为20~100μL? ; 2)磨粉:将步骤I)称取的钥粉与钥酸钠粉末混合，在高能球磨机中进行球磨2~10h，球料比为5~20:1 ;在球磨后的粉末中加入PVA，PVA质量为球磨后粉末质量的0.1~1%，充分研磨至混合均匀，形成钥钠合金粉末； 3)冷等静压压制:将步骤2)的钥钠合金粉末置于模具中，在20~200MPa的压力下，用压力机压制5~60m ;再将模具旋转180°，在20~200MPa的压力下，再压制5~60m ;压力除去后，将压制成型的靶坯取出； 4)烧结:将步骤3)的靶坯放入石英管中，并抽真空至0.01~0.1Pa，封管，将封有靶坯的真空石英管放入马弗炉内，升温至500°C并保温I~5h，再从500°C升温到800~1100°C，保温8~20h，之后随炉冷却至室温，升温速率控制在I~10°C /min ;得到钥掺钠溅射靶材。
2.根据权利要求1所述的钥掺钠溅射靶材的制备方法，其特征在于将经步骤4)处理后的靶坯充分研磨成粉，重复步骤3)和步骤4) 1~5次。
3.根据权利要求1所述的钥掺钠溅射靶材的制备方法，其特征在于纯钥粉与纯钥酸钠粉末的纯度为99.99%以上。
【文档编号】C23C14/34GK104073771SQ201410308148
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】陈贵锋, 张辉, 曹哲, 王弘, 赵晓丽, 王雄涛, 王鹤, 门小云 申请人:河北工业大学