CN104073771A

CN104073771A - 一种钼掺钠溅射靶材的制备方法

Info

Publication number: CN104073771A
Application number: CN201410308148.1A
Authority: CN
Inventors: 陈贵锋; 张辉; 曹哲; 王弘; 赵晓丽; 王雄涛; 王鹤; 门小云
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: CN104073771B

Abstract

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。

Description

一种钼掺钠溅射靶材的制备方法

技术领域 本发明涉及一种靶材的制备方法，尤其涉及一种钼掺钠溅射靶材的制备方法。

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。

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钼（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的溅射靶材。

CN103572229A公开了采用热等静压结合高温烧结的方法制得钼掺钠靶材；CN103160791A公开了一种钠掺杂钼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公开了一种钼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℃以上），工艺复杂，能耗较大，生产成本也相对较高。

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钼掺钠溅射靶材的制备方法。

本发明的钼掺钠溅射靶材的制备方法，步骤如下：

1）备料：按摩尔比1～46:1称取纯钼粉与纯钼酸钠粉末作为原料，其中钼粉的粒度为5～10μm，钼酸钠的粒度为20～100μm；

2）磨粉：将步骤1）称取的钼粉与钼酸钠粉末混合，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，形成钼钠合金粉末；

3）冷等静压压制：将步骤2）的钼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℃并保温1～5h，再从500℃升温到800～1100℃，保温8～20h，之后随炉冷却至室温，升温速率控制在1～10℃/min；得到钼掺钠溅射靶材。

本发明中，选用的钼粉与钼酸钠粉末的纯度均在99.99%以上。

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）1～5次。

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

实施例1

1）按摩尔比为46:1称取纯度为99.99%以上的钼粉与钼酸钠粉末作为原料并混合，使混合粉末中Na其中钼粉的粒度为10μm，钼酸钠的粒度为20μm；

2）将步骤1）称取的钼粉与钼酸钠粉末混合，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，形成钼钠合金粉末；

3）将步骤2）中的钼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0.01Pa，封管，将封有靶坯的真空石英管放入马弗炉内，升温至500℃并保温5h，再从500℃升温到800℃，保温20h，之后随炉冷却至室温；升温速率控制在1℃/min；

5）机械加工得到钼掺钠溅射靶材。

对获得的钼掺钠靶材进行EDS检测，其中钠的重量百分比为0.95%。

实施例2

1）按摩尔比为1:1称取纯度为99.99%以上的钼粉与钼酸钠粉末作为原料并混合，使混合粉末中Na其中钼粉的粒度为5μm，钼酸钠的粒度为100μm；

2）将步骤1）称取的钼粉与钼酸钠粉末混合，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，形成钼钠合金粉末；

3）将步骤2）中的钼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℃并保温1h，再从500℃升温到1100℃，保温8h，之后随炉冷却至室温；升温速率控制在10℃/min；

5）机械加工得到钼掺钠溅射靶材。

对获得的钼掺钠靶材进行EDS检测，其中钠的重量百分比为15%。

实施例3

1）按摩尔比为20:1称取纯度为99.99%以上的钼粉与钼酸钠粉末作为原料并混合，使混合粉末中Na其中钼粉的粒度为10μm，钼酸钠的粒度为50μm；

2）将步骤1）称取的钼粉与钼酸钠粉末混合，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，形成钼钠合金粉末；

3）将步骤2）中的钼钠合金粉末置于模具中，在100MPa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100MPa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℃并保温3h，再从500℃升温到1000℃，保温10h，之后随炉冷却至室温；升温速率控制在5℃/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）机械加工得到钼掺钠溅射靶材。

对获得的钼掺钠靶材进行EDS检测，其中钠的重量百分比为5.8%。

Claims

1.一种钼掺钠溅射靶材的制备方法，其特征在于步骤如下：

2）磨粉：将步骤1）称取的钼粉与钼酸钠粉末混合，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，形成钼钠合金粉末；

2.根据权利要求１所述的钼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所述的钼掺钠溅射靶材的制备方法，其特征在于纯钼粉与纯钼酸钠粉末的纯度为99.99%以上。