顯示器是如今日常辦公、娛樂不可或缺的一部分，它是人們與機器之間交互的窗口，隨著顯示器技術的不斷發展，人們對顯示器的性能也提出了更高的要求，如大尺寸、柔性、低輻射、低能耗等方面。

目前，金屬氧化物半導體因具備遷移率良好、穩定性高、均勻性高、制造成本低等優點，被認為是可能取代硅基薄膜晶體管的新一代溝道層半導體材料。在平板顯示領域，特別是在超高清，柔性顯示以及印刷顯示等新型顯示技術方面具有巨大的應用潛力。現階段，銦鎵鋅氧化物（IGZO材料）作為最早被研究的金屬氧化物半導體材料，在國際上已經被LG、SHARP以及Apple等多家公司產品化。

隨著柔性AMOLED顯示行業的高速發展，對于高附加值的錮產品——高性能IGZO陶瓷靶材的需求正日益增長。可我國雖然銦資源豐富，但卻缺乏對銦產品深加工的能力，現在IGZO的原始材料專利以及靶材供應均被日本和韓國公司掌握。在這種情況下，對氧化物半導體濺射靶材制造及其上游產品IGZO粉末進行系統研究，將有助于對我國半導體相關行業提供技術支持，也是提升自身在國際平板顯示領域競爭力的必然任務。

一、IGZO材料特性

IGZO是銦、鎵、鋅、氧首字母的縮寫，全稱為銦鎵鋅氧化物，1995年由日本細野秀雄小組發布。作為一種具有代表性的透明金屬氧化物半導體材料，IGZO禁帶寬度在3.5eV左右，是一種n型半導體材料，有較高的電子遷移率，最突出的優點是在原子排列無序的情況下仍然保持著較高的載流子遷移率。

應用于TFT溝道層的IGZO薄膜

根據其特性，IGZO在實際生產中可以用來制備柔性屏，即使屏幕彎曲也能保持較高的電子遷移率。可以說，IGZO這類非晶金屬氧化物非常適合用來當作TFT的有源溝道層材料，具有良好的電子輸運特性、彎曲性能和光照的穩定性。

在2002年時，夏普就首次成功地將IGZO技術運用于LCD面板的量產。該技術以高分辨率的圖像質量和超低功耗著稱，其遷移率高，開關性能好，透明及制造工藝簡單的優勢，都有利于實現手機高清顯示及驅動有機發光二極管(OLED)器件。隨后，日本索尼、韓國LG、三星電子以及臺灣友達光電(AUO)等大型面板廠商紛紛加大氧化物TFT的開發力度。2010年底，AUO和三星SDl分別推出65英寸和70英寸的IGZO-TFT面板，并成功用于驅動液晶顯示。國內京東方公司研制出以氧化物TFT背板技術為基礎的65英寸全球最大尺寸超高清氧化物顯示屏。同時，華星光電、龍騰光電等也在加大IGZO氧化物TFT技術投入。

TCL華星帶來的全球首款17英寸IGZO IJP OLED折疊屏

二、IGZO粉體的制備

陶瓷靶材的制備流程中，物相純度、粉末顆粒度和粉末顆粒形狀是判斷原料粉末質量是否優良的三項基礎指標。一般來說，原料粉末純度越高，制得的靶材所含雜質就越少，性能就越好也越穩定；原材料粉末的顆粒度越小，其表面活性越高，靶材的燒結活性就越高，靶材就越致密，靶材的體密度就越大；原料粉末的顆粒形狀越規則，靶材制備過程中發生的固相反應就越完全，靶材的成分及結構就越均勻。所以IGZO粉末的品質直接制約著所制得的靶材的性能。

IGZO造粒粉SEM圖

目前較為常用的粉體制備方法包括固相化學反應法、化學氣相沉積法、微乳液法、沉淀法、水熱法等。

1、固相化學反應法

有固相參與的反應都稱之為固相化學反應，發生化學反應的前提是參與反應的固相相互接觸同時接觸區域溫度較高，能發生明顯的擴散。固相化學反應法制備粉體有一些優點，如設備簡單、成本低、產率高。但是可能存在反應不完全、制各的粉體粒徑大小及均勻性不易控制等問題。

2、化學氣相沉積法

化學氣相沉積法是指利用氣態或蒸汽態的物質在氣相或氣固界面上發生反應生成固態沉積物的方法。該方法制備的粉體有良好的分散性和均勻性，并且粉體的純度高、形貌可控。另外，相關設備比較昂貴且復雜不易操作，不便于大批量生產。但是隨著科技的進步以及自動化程度的加深，這些限制有望得到改善。

3、溶膠凝膠法

溶膠凝膠法是指在液相狀態下將含化合物均勻混合，并進行水解．聚合反應形成均勻的溶膠，經陳化聚合轉化為凝膠，再經過干燥和燒結，最終得到粉體的制備方法。溶膠凝膠法組分擴散是在納米范圍，容易混合均勻，使反應更加容易進行。該制備方法有出粉率高、溫度較低、尺寸大小容易控制等優點。但是不易分離，容易引起粉體團聚。

4、微乳液法

微乳液通常是在表面活性劑作用下，由不相容的溶劑形成穩定狀態的乳液。微乳液法能夠避免顆粒之間團聚現象的發生，得到分散性和界面性好的納米離子。這種方法制備的粉末大多為球形粉末，但是制備過程成本較高且不利于環保。

5、沉淀法

沉淀法是指向溶解后的金屬離子溶液中添加沉淀劑，將金屬離子轉化為難溶物從溶液中分離出來。沉淀法有操作簡單、反應時間短、設備要求低、易于工業化生產等優點。

6、水熱法

水熱法是把金屬溶解后得到的離子溶液置于封閉的高溫高壓條件下的反應釜中進行反應。通過調節反應釜的加熱溫度和時間來制備粉體。水熱法可以避免進行更高溫度的煅燒就可直接制備納米粉體，并且還能減少粉體的團聚。但此法設備較為昂貴，成本較高。

三、陶瓷靶材的燒結工藝

燒結是IGZO陶瓷靶材制備過程中的關鍵環節，是實現IGZO陶瓷壓坯從物理結合到冶金結合的轉變，以下是應用最廣泛的幾種燒結方法的優缺點描述。

IGZO陶瓷靶材的性能要求

1、常壓氣氛燒結工藝

常壓氣氛燒結是使生坯在一定的流通氣氛下和一定的溫度下保溫，通過調節升溫速率、燒結溫度、保溫時間和流通氣氛，最終得到致密度較高、低電阻率和均勻晶粒分布的IGZO靶材燒結體。具有設備易操作、工藝簡單、成本低、能燒結大尺寸靶材，但是常壓氣氛燒結法由于沒有外力協助，需要粉體具有較高的燒結活性。

2、熱等靜壓燒結工藝

熱等靜壓燒結是在等靜壓的同時高溫燒結，其工藝過程是先將粉末預壓成生坯，使用金屬或者玻璃等包套材料將其包覆，以惰性氣體作為壓力傳遞介質，在高溫燒結的同時進行壓制，最終得到高致密度靶材。對于靶材的常壓氣氛燒結工藝來說，由于燒結的同時施加了等靜壓作用力，降低了燒結致密化溫度，從而抑制了靶材燒結體的晶粒長大，但是存在設備昂貴、操作復雜、生產成本高、不能制備大尺寸靶材等缺陷。

3、熱壓燒結工藝

熱壓燒結將陶瓷坯體在加熱至接近其熔點，對物料坯體施加作用力，以達到加速氣孔排出，提高靶材燒結體致密化過程。由于外力的施加提高了致密化速率，相比常壓氣氛燒結法燒結溫度低200"--400 oC，但缺點是模具制備成本高、壽命短，且生產效率低、靶材燒結體晶粒大小不均勻、無法生產大尺寸靶材等。

4、放電等離子燒結工藝

放電等離子燒結是將粉末裝入石墨質模具中，對粉末施加特定的壓制壓力和燒結電源，經放電活化、熱塑變形等步驟，來制備高致密度靶材的技術。該技術具有升溫速率快、靶材致密度高、可以有效控制靶材燒結體中晶粒長大等優點。

5、微波燒結工藝

微波燒結技術是利用微波的特殊波段與材料的細微結構耦合產生熱量，使材料加熱至燒結溫度而使材料發生致密化的燒結方法。微波加熱燒結具有溫度場均勻、能量利用率高、升溫速率快、燒結時間短、晶粒大小均勻等特點。

四、總結

IGZO材料作為極有前景的透明氧化物半導體材料，對信息化產業產業發展有著極其重要的作用。因此加強對相關原料制備工藝的研究，能為制備高質量的IGZO靶材奠定良好的基礎，對加快IGZO產業建設具有重要意義。

資料來源：

滕曉朋. IGZO粉體的制備及共沉淀工藝研究[D]. 河南:鄭州大學,2022.

梁朋. IGZO氧化物靶材的制備及性能研究[D]. 河南:鄭州大學,2019.

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