1.本发明属于新材料领域，具体涉及一种高密度高迁移率氧化物靶材及其制备方法。
背景技术：
2.本技术人在先提出了一项发明专利申请cn202111082716(d1)，公开了一种氧化物旋转靶材及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将氧化镨粉末、氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化铟粉末混合，加入分散剂、粘结剂、水和消泡剂球磨得到混合浆料；(2)将混合浆料进行喷雾造粒，得到氧化物转靶材用粉体；(3)将氧化物转靶材用粉体导入模具进行冷等静压成型，得到靶材坯体；(4)将靶材坯体进行脱脂热处理，冷却至常温后进行烧结处理，自然冷却后得到所述氧化物旋转靶材。
3.该方案得到的靶材的性能为：相对密度＜99％，迁移率30-34cm2/v
·
s；
4.cn202011268698.7公开了一种氧化镍基陶瓷靶材材料的热压成型制备方法，包括以下步骤：a原料准备；b喷雾干燥；c将步骤b制得的混合粉体装入热压模具内；d对模具预加压、除气；e热压烧结：压强5-100mpa，真空度0.1-10pa，烧结温度600-950℃，保温时间2-5h，升温速度0.5-3℃/min；d保温结束，撤压，取出烧坯；e根据需要进行或不进行机加工。
5.该方案热压的结果是：相对密度最大可以达到99.6％。
6.可见采用热压烧结工艺，可将相对密度明显增大。但是该方案并未公开其对迁移率的影响。
7.所以，本案要解决的技术问题是：如何在保证高迁移率的前提下，提高靶材的相对密度。
技术实现要素：
8.针对目前现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高密度高迁移率氧化物靶材。
9.此外本发明还提供了该靶材的制备方法。
10.通过本发明的方法制备得到的靶材具有高密度高迁移率的特性。
11.具体方案如下：
12.一种高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法，包括如下步骤：
13.步骤1：将构成氧化物靶材的氧化物原材料混合研磨制浆，并造粒得到造粒粉；
14.步骤2：将造粒粉进行预压；
15.步骤3：将预压产物进行热压得到素坯；
16.步骤4：将素坯烧结即可得到氧化物靶材；
17.所述热压的工艺为：在真空度≤10pa的条件下，热压温度为400～700℃，升温速率为1-3℃/min，压力大小为300～400mpa，保温加压时间为60～90min。
18.优选地，所述热压的工艺为：在真空度≤10pa的条件下，热压温度为500～600℃，
升温速率为2℃/min，压力大小为350mpa，保温加压时间为60～70min。
19.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法中，所述氧化物原材料由氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌组成，氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌的重量比为：0.1～8:40～92:10～28:10～25。
20.优选地，氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌的重量比为：0.5：55.6：15.8：14.3。
21.本发明的氧化物的比例也并不限于以上的比例，可以根据客户实际所需要的靶材的成分去进行比例调整。
22.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法中，所述氧化镨的纯度为4n、粒径为120～250nm；氧化铟的纯度为4n、粒径为120～250nm；氧化镓的纯度为4n、粒径为120～250nm；氧化锌的纯度为4n、粒径为120～250nm。
23.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法中，所述步骤1具体为：
24.将氧化物原材料混合研磨制浆得到混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到造粒粉；其中，混合浆料的粒径d50为0.1-1μm；造粒粉的粒径介于15-80μm之间。
25.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法中，所述步骤2具体为：
26.将造粒粉过筛装入模具后，再放入热压炉中进行预压，预压压力为30mpa。
27.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法中，所述步骤3具体为：
28.关闭热压炉的炉门，开启真空系统，进行抽真空，再进行热压得到素坯，其中，真空度≤10pa后，热压温度为400～700℃，升温速率为2℃/min，压力大小为300～400mpa，保温加压时间为60～90min。
29.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材的制备方法中，所述步骤4具体为：
30.将素坯进行烧结得到高密度高迁移率氧化物靶材，其中，烧结气氛为空气气氛；先以1.0-2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1-2℃/min的升温速度升温至1400-1550℃，保温10-15小时；最后以1.0-1.5℃/min的降温速度降至室温。
31.此外，本发明还公开了一种高密度高迁移率氧化物靶材，采用如上任一所述的方法制备得到。
32.在上述的高密度高迁移率氧化物靶材中，所述氧化物靶材的相对密度≥99.4％；迁移率≥≥35cm2/v
·
s。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.本发明采用热压成型的技术制备高密度靶材素胚，从而制备出高密度的高迁移率靶材；
35.通过实验验证：热压成型技术可以得到高密度靶材素胚，但是保证材料的高迁移率，需要配合热压的压力、温度、时间，选择合适的压力、温度、时间才能达到迁移率、相对密度的协同。
具体实施方式
36.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
37.实施例1
38.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
39.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制
浆，得到粒径d50为0.681μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为35.3μm的造粒粉；
40.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
41.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以2℃/min的速率升温到500℃后，加压到350mpa，并保温保压60min，即可得到高密度靶材素胚。
42.将步骤(4)得到的高密度靶材素坯进行烧结得到高密度高迁移率氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温11小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温。
43.实施例2
44.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
45.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.669μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为34.4μm的造粒粉；
46.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
47.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以2℃/min的速率升温到700℃后，加压到350mpa，并保温保压70min，即可得到高密度靶材素胚。
48.将步骤(4)得到的高密度靶材素坯进行烧结得到高密度高迁移率氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温15小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温。
49.实施例3
50.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
51.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.708μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为25.3μm的造粒粉；
52.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
53.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以2℃/min的速率升温到600℃后，加压到350mpa，并保温保压60min，即可得到高密度靶材素胚。
54.将步骤(4)得到的高密度靶材素坯进行烧结得到高密度高迁移率氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以1.5℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温13小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温。
55.实施例4
56.大体同实施例1，不同的地方在于，原料配方为：0.1kg氧化镨，92kg氧化铟，10kg氧化镓以及25kg氧化锌。
57.实施例5
58.大体同实施例1，不同的地方在于，原料配方为：8kg氧化镨，40kg氧化铟，28kg氧化镓以及10kg氧化锌。
59.对比例1
60.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
61.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.681μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为35.3μm的造粒粉；
62.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
63.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以2℃/min的速率升温到1000℃后，加压到350mpa，并保温保压60min，即可得到靶材。
64.对比例2
65.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
66.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.681μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为35.3μm的造粒粉；
67.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
68.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以2℃/min的速率升温到500℃后，加压到100mpa，并保温保压60min，即可得到素胚。
69.将步骤(4)得到的素坯进行烧结得到氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温11小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温。
70.对比例3
71.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
72.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.681μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为35.3μm的造粒粉；
73.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
74.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以0.5℃/min的速率升温到500℃后，加压到350mpa，并保温保压60min，即可得到素胚。
75.将步骤(4)得到的素坯进行烧结得到氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温11小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温。
76.该条件做出的靶材符合要求，但因为升温速率降低，导致热压时间增加，从而导致能耗和成本增加。
77.对比例4
78.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
79.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.681μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为35.3μm的造粒粉；
80.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用30mpa的压力进行预压，并保压15min；
81.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以3℃/min的速率升温到500℃后，加压到350mpa，并保温保压60min，即可得到素胚。
82.将步骤(4)得到的素坯进行烧结得到氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温11小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温；
83.本对比例的升温速度过快，该条件会导致素坯成品率＜50％，成品率显著低于实施例1-5，过低的成品率显著的增加成本；但是需要说明的是：该对比例制备得到的合格的成品的密度和迁移率类似于实施例1-5。
84.可以预期的是，更高的速度升温热压将进一步损害成品率，并对迁移率造成不可预测的影响。
85.对比例5
86.称取0.5kg氧化镨，55.6kg氧化铟，15.8kg氧化镓以及14.3kg氧化锌备用；
87.将步骤(1)所称取的氧化镨、氧化铟、氧化镓和氧化锌氧化铟粉末进行混合研磨制浆，得到粒径d50为0.681μm的混合浆料，用混合浆料进行喷雾造粒得到粒径d50为35.3μm的造粒粉；
88.将步骤(2)所得的造粒粉过80目筛网装入模具后，再放入热压炉中使用2mpa的压力进行预压，并保压15min；
89.步骤(3)完成后，关闭炉门，开启真空系统，进行抽真空，当真空度≤10pa后，开始加热，以2℃/min的速率升温到500℃后，加压到350mpa，并保温保压60min，即可得到素胚。
90.将步骤(4)得到的素坯进行烧结得到氧化物靶材。其中，烧结气氛为空气气氛；先以2.0℃/min的升温速度升温至800℃；再以1.5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温11小时；最后以1.0℃/min的降温速度降至室温；
91.本对比例制备得到的靶材相对密度＜97％，迁移率＜25cm2/v
·
s。
92.性能测试结果
93.形成测试包括：相对密度、迁移率；测试结果如下表1；
94.表1
[0095] 相对密度％迁移率cm2/v
·
s实施例199.1236.32实施例299.5138.15实施例399.4537.81实施例499.3335.27实施例599.2935.48
对比例193.1819.03对比例297.6727.46对比例399.3137.22对比例499.0835.94对比例596.6524.53
[0096]
综述：
[0097]
通过以上实施例和对比例的研究可以发现：
[0098]
1).预压压力和热压压力对相对密度和迁移率影响明显；
[0099]
2).热压压力对迁移率影响明显；
[0100]
3).合理的热压升温速度不会对产品的相对密度、迁移率有过于明显的影响，但是升温速度过慢能耗过高，升温速度过快成品率不能控制；
[0101]
4).热压后必须单独进行高温烧结才能达到符合要求的迁移率。