CN108546109A - 氧空位可控的大尺寸azo磁控溅射靶材制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包、AZO陶瓷坯体的成型、坯体高温烧结、切割和打磨成规定尺寸等步骤。本发明的优点是：所制的靶材尺寸大、较为致密、成本较低。

Description

氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法
技术领域
本发明涉及光电材料技术领域，尤其是涉及一种氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法。
背景技术
氧化锌作为一种环境友好、储量丰富的多功能宽禁带氧化物材料，在经过一定数量的简并掺杂(特别是2wt％氧化铝掺杂，简称AZO)后，可以变成较高光电性能的透明导电氧化物材料(transparent conductive oxide，TCO)，具有紫外光吸收、可见光透明、红外光反射以及电学特性可调等优点。在平板显示、薄膜太阳能电池、建筑节能用Low-E玻璃、智能玻璃等光电信息领域得到越来越多的应用。可以作为薄膜太阳能电池中的透明电极层、中间介质层和背电极高反射层、节能Low-E玻璃中的功能介质层、智能玻璃的透明电极层以及家电玻璃的红外反射层等。
目前沉积氧化锌基薄膜的技术多种多样。其中，磁控溅射成膜技术最为成熟，具有薄膜致密度高、均匀性与重复性好且易于大面积高速沉积等优点，被工业界接受并广泛采用。在磁控溅射过程中，陶瓷靶材至关重要，它的性能与溅射稳定性以及最终膜层的光电特性密切相关。对高性能陶瓷靶材的基本要求是：高致密度、晶粒细小均匀、成分均匀一致。最近，镀膜行业新的发展要求能对靶材的氧空位实现严格的控制，满足新型氧化锌功能薄膜的应用需求。
为了控制氧化锌靶材的氧空位含量，相关文献给出了如下的制备技术手段。万冬云等在《Chinese Optical Letters》(2011年9卷第10期103102页)公布一种具有氧缺陷的纯ZnO靶材的制备方法。该方法中，先将干压成型的ZnO坯体在1350℃烧结4h后取出，放置在一个小坩埚内，该小坩埚放置于倒置的大坩埚内，两层坩埚间放置碳粉，升温过程中碳粉与残余氧气发生反应形成具有还原性的CO气体，该气体与ZnO发生还原反应倒置ZnO晶格中氧失去，形成具有氧空位的氧化锌靶材。Ming-Wei Wu等人在《Journal of Alloys andCompounds》(2015年第650期514-519页)发表一种利用热等静压的方法制备了具有一定失氧率的AZO靶材。该方法中，AZO坯体先在空气条件于1300℃烧结3h，然在置于热等静压设备中，依靠氩气加压，在1250℃烧结3h。此外还有采用特制气氛烧结炉对陶瓷材料的还原处理形成具有一定失氧率陶瓷靶材的制备方法。然而，前述方法仍难应用于大尺寸AZO靶材的规模化生产，其不足之处如下：(1)受到坩埚以及热等静压设备腔体的限制，只能用于小尺寸的实验室样品处理，不能应用于批量化的大尺寸陶瓷靶材的烧结；(2)操作工艺繁琐，需要先烧结成块体后再置于另外一台设备中进行二次处理，间接增加靶材的制备成本；而且第一次烧结陶瓷的表面相对致密，对第二次烧结中还原气氛有一定的阻挡作用，容易出现内部与表面失氧不均匀的现象，进而影响靶材的均匀性；(3)热等静压和特制气氛烧结的设备成本较高，也会增加靶材制备的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，它具有能够在保证靶材高密度、细晶粒以及均匀掺杂的同时能实现对规模化生产的大尺寸AZO磁控溅射靶材进行氧空位的特点。
本发明所采用的技术方案是：
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为2—3wt％；
(2)向粉体混合物中倒入含有0.1—3wt％分散剂的去离子水中，去离子水为粉体混合物的20—40wt％，且经过8—24h的球磨形成浆料；
(3)将浆料取出置于60—100℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料；
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过30—150MPa的单轴模压成型、保压时间为30—300s，然后经120—300MPa的冷等静压、保压时间为60—600s，形成相对密度为60—75％的陶瓷坯体；
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有4—10个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以0.5—10℃/min的升温速率升到第一步设定温度1050—1250℃，保温30—90min，然后以10—100℃/min升温速率升到第二步设定温度1300—1450℃，并保温120—480min，最后以0.5—10℃/min的降温速率降至室温形成半成品；其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为5—50sccm，持续该作业直至温度降至1000℃；温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为5—50sccm，持续该作业直至温度降至300℃；
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材。
所述高纯的氧化锌粉体的粒径为200—500nm、纯度为99.95—99.99％。
所述高纯的氧化铝粉体的粒径为100—400nm、纯度为99.95—99.99％。
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或两种。
所述模具为平面靶材模具或者旋转靶材模具。
所述陶瓷坯体的尺寸为：平面靶材坯体不低于400mm×400mm×20mm，旋转靶材坯体不低于202mm×152mm×400mm。
所述高纯的碳基固体材料为纯度大于99％的石墨粉、石墨块、石墨烯、碳纤维中的一种或者多种，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。
所述氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法所制靶材的性能指标为：晶粒尺寸为10—20μm，靶材的相对密度大于99.5％，靶材的电阻率可低至6—7×10-4Ω·cm。
本发明所具有的优点是：所制的靶材尺寸大、较为致密、成本较低。本发明的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法所制的靶材的平面靶材的最大尺寸可达320mm(长)×320mm(宽)×14mm(厚)、旋转靶材不低于165mm(外径)×133mm(内径)×310mm(高度)，相对较大，且靶材颜色呈现深黑色。采用常规方法对制得靶材样品金相显微镜观察晶粒尺寸，晶粒尺寸为10—20μm，较为细小。利用阿基米德法测量密度并根据实测密度与理论密度之间的百分比计算靶材的相对密度，靶材的相对度大于99.5％。对于掺杂含量一定的致密的AZO陶瓷靶材，靶材的电阻率变化来源于氧空位的形成，因此可以利用靶材的电阻率来表征氧空位的数量，靶材的电阻率可低至6—7×10-4Ω·cm。同时，相对于之前的方法，本发明的方法较为简单，不需要专门的设备，成本低廉。
具体实施方式
实施例1
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为2wt％。具体的，氧化锌粉体为10.8kg、氧化铝粉体为0.22kg。
(2)向粉体混合物中倒入2.8kg含有0.1wt％分散剂的去离子水中，且经过8h的球磨形成浆料。即，去离子水为粉体混合物的20wt％。
(3)将浆料取出置于60℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料。
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过30MPa的单轴模压成型、保压时间为30s，然后经120MPa的冷等静压、保压时间为60s，形成相对密度为60％的陶瓷坯体。该模具为平面靶材模具。
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有4个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以0.5℃/min的升温速率升到第一步设定温度1050℃，保温30min，然后以10℃/min升温速率升到第二步设定温度1300℃，并保温120min，最后以0.5℃/min的降温速率降至室温形成半成品。其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为5sccm，持续该作业直至温度降至1000℃。温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为5sccm，持续该作业直至温度降至300℃。
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材1。加工后的靶材尺寸为：320mm(长)×320mm(宽)×14mm。
前述高纯的氧化锌粉体的平均粒径为200nm、纯度为99.95％。
前述高纯的氧化铝粉体的平均粒径为100nm、纯度为99.95％。
前述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
前述陶瓷坯体的尺寸为：平面靶材坯体为400mm×400mm×20mm。即，胚体的长、宽、厚分别为400mm、400mm、20mm。
前述碳基固体材料为纯度大于99％的石墨粉，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。即，159g。
实施例2
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为2.5wt％。具体的，氧化锌粉体为26kg、氧化铝粉体为0.65kg。
(2)向粉体混合物中倒入11.1kg含有0.2wt％分散剂的去离子水中，且经过12h的球磨形成浆料。即，去离子水为粉体混合物的30wt％。
(3)将浆料取出置于80℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料。
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过80MPa的单轴模压成型、保压时间为150s，然后经180MPa的冷等静压、保压时间为400s，形成相对密度为65％的陶瓷坯体。该模具为平面靶材模具。
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有5个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以5℃/min的升温速率升到第一步设定温度1100℃，保温60min，然后以50℃/min升温速率升到第二步设定温度1380℃，并保温240min，最后以5℃/min的降温速率降至室温形成半成品。其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为30sccm，持续该作业直至温度降至1000℃。温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为30sccm，持续该作业直至温度降至300℃。
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材2。加工后的靶材尺寸为：400mm×400mm×24mm。
前述高纯的氧化锌粉体的平均粒径为300nm、纯度为99.97％。
前述高纯的氧化铝粉体的平均粒径为250nm、纯度为99.97％。
前述分散剂为聚乙烯醇。
前述陶瓷坯体的尺寸为：平面靶材坯体为500mm×500mm×30mm。即，胚体的长、宽、厚分别为500mm、500mm、30mm。
前述碳基固体材料为纯度大于99％的石墨块，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。即，382g。
实施例3
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为3wt％。具体的，氧化锌粉体为51kg、氧化铝粉体为1.53kg。
(2)向粉体混合物中倒入33.8kg含有3wt％分散剂的去离子水中，且经过24h的球磨形成浆料。即，去离子水为粉体混合物的40wt％。
(3)将浆料取出置于100℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料。
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过150MPa的单轴模压成型、保压时间为300s，然后经300MPa的冷等静压、保压时间为600s，形成相对密度为75％的陶瓷坯体。该模具为平面靶材模具。
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有6个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以10℃/min的升温速率升到第一步设定温度1250℃，保温90min，然后以100℃/min升温速率升到第二步设定温度1450℃，并保温480min，最后以10℃/min的降温速率降至室温形成半成品。其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为50sccm，持续该作业直至温度降至1000℃。温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为50sccm，持续该作业直至温度降至300℃。
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材3。加工后的靶材尺寸为：430mm×430mm×30mm。
前述高纯的氧化锌粉体的平均粒径为500nm、纯度为99.99％。
前述高纯的氧化铝粉体的平均粒径为400nm、纯度为99.99％。
前述分散剂为羟甲基纤维。
前述陶瓷坯体的尺寸为：平面靶材坯体位550mm×550mm×40mm。即，胚体的长、宽、厚分别为550mm、550mm、40mm。
前述碳基固体材料为纯度大于99％的石墨烯，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。即，0.79kg。
实施例4
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为2.5wt％。具体的，氧化锌粉体为19.2kg、氧化铝粉体为0.48kg。
(2)向粉体混合物中倒入4.8kg含有0.15wt％分散剂的去离子水中，且经过20h的球磨形成浆料。即，去离子水为粉体混合物的20wt％。
(3)将浆料取出置于70℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料。
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过100MPa的单轴模压成型、保压时间为30s，然后经120MPa的冷等静压、保压时间为60s，形成相对密度为60％的陶瓷坯体。该模具为旋转靶材模具。
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有4个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以0.5℃/min的升温速率升到第一步设定温度1100℃，保温30min，然后以10℃/min升温速率升到第二步设定温度1350℃，并保温120min，最后以0.5℃/min的降温速率降至室温形成半成品。其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为30sccm，持续该作业直至温度降至1000℃。温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为30sccm，持续该作业直至温度降至300℃。
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材4。加工后的靶材尺寸为165mm×133mm×320mm。即，外径、内径、高度分别为165mm、133mm、320mm。
前述高纯的氧化锌粉体的平均粒径为200nm、纯度为99.95％。
前述高纯的氧化铝粉体的平均粒径为100nm、纯度为99.95％。
前述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的混合物，二者比例不限。
前述陶瓷坯体的尺寸为：旋转靶材坯体为202mm×152mm×400mm。即，胚体的外径、内径、高度分别为202mm、152mm、400mm。
前述碳基固体材料为纯度大于99％的碳纤维，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。即，290g。
实施例5
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为3wt％。具体的，氧化锌粉体为29.1kg、氧化铝粉体为0.87kg。
(2)向粉体混合物中倒入12.5kg含有0.2wt％分散剂的去离子水中，且经过24h的球磨形成浆料。即，去离子水为粉体混合物的30wt％。
(3)将浆料取出置于90℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料。
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过150MPa的单轴模压成型、保压时间为300s，然后经200MPa的冷等静压、保压时间为500s，形成相对密度为70％的陶瓷坯体。该模具为旋转靶材模具。
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有5个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以3℃/min的升温速率升到第一步设定温度1250℃，保温80min，然后以10℃/min升温速率升到第二步设定温度1400℃，并保温300min，最后以3℃/min的降温速率降至室温形成半成品。其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为30sccm，持续该作业直至温度降至1000℃。温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为30sccm，持续该作业直至温度降至300℃。
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材5。加工后的靶材尺寸为：170mm×133mm×340mm。即，外径、内径、高度分别为170mm×133mm×340mm。
前述高纯的氧化锌粉体的平均粒径为500nm、纯度为99.97％。
前述高纯的氧化铝粉体的平均粒径为300nm、纯度为99.97％。
前述分散剂为聚乙烯吡络烷酮和羟甲基纤维素的混合物，二者比例不限制。
前述陶瓷坯体的尺寸为：旋转靶材坯体为210mm×152mm×450mm。即，胚体的外径、内径、高度分别为210mm、152mm、450mm。
前述碳基固体材料为纯度大于99％的石墨粉和纯度大于99％石墨烯的任意比例的混合物，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。即，430g。
实施例6
氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为2.4wt％。具体的，氧化锌粉体为44.3kg、氧化铝粉体为0.9kg。
(2)向粉体混合物中倒入29.5kg含有2wt％分散剂的去离子水中，且经过12h的球磨形成浆料。即，去离子水为粉体混合物的40wt％。
(3)将浆料取出置于100℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料。
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过60MPa的单轴模压成型、保压时间为200s，然后经300MPa的冷等静压、保压时间为600s，形成相对密度为75％的陶瓷坯体。该模具为旋转靶材模具。
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有6个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以10℃/min的升温速率升到第一步设定温度1150℃，保温90min，然后以100℃/min升温速率升到第二步设定温度1450℃，并保温480min，最后以10℃/min的降温速率降至室温形成半成品。其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为50sccm，持续该作业直至温度降至1000℃。温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为50sccm，持续该作业直至温度降至300℃。
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材6。加工后的靶材尺寸为：175mm×133mm×340mm。即，外径、内径、高度分别为175mm、133mm、340mm。
前述高纯的氧化锌粉体的平均粒径为400nm、纯度为99.99％。
前述高纯的氧化铝粉体的平均粒径为400nm、纯度为99.99％。
前述分散剂为聚乙烯醇和羟甲基纤维素的混合物，二者比例不限制。
前述陶瓷坯体的尺寸为：旋转靶材坯体为230mm×152mm×450mm。即，胚体的外径、内径、高度分别为230mm、152mm、450mm。
前述碳基固体材料为纯度大于99％的石墨块和纯度大于99％的碳纤维的任意比例的混合物，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。即，660g。
效果例
1、关于靶材尺寸：
从以上实施例可以看出，各个实施例所制的靶材的尺寸中，平面靶材的最大尺寸可达320mm(长)×320mm(宽)×14mm(厚)，而旋转靶材坯体不低于165mm(外径)×133mm(内径)×310mm(高度)，相对较大，且靶材颜色呈现深黑色。
2、关于晶粒大小：
采用常规方法，对制得靶材样品金相显微镜观察晶粒尺寸，晶粒尺寸在数据见表1；利用阿基米德法测量密度并根据实测密度与理论密度之间的百分比计算靶材的相对密度，结果见表1；对于掺杂含量一定的致密的AZO陶瓷靶材，靶材的电阻率变化来源于氧空位的形成，因此可以利用靶材的电阻率来表征氧空位的数量。电阻率的测定结果见表1。
由表1可以看出，粒径为10到12微米之间，较为细小；实施例所制备的靶材的相对度均大于99.5％；实施例所制的靶材的电阻率可低至6—7×10-4Ω·cm。
表1：
靶材标号1 2 3 4 5 6
平均粒径(μm)10 11 11 10 12 11
相对密度(％)99.5 99.5 99.7 99.6 99.5 99.6
电阻率(×10-4Ω·cm)6 6.3 7 6.1 6 6
3、关于成本。
相对于之前的方法，本发明的方法的较为简单，不需要专门的设备，成本低廉。据实际验证，成本可降低至少15％。
综上所述，相对于之前的方法，本方法的优势在于：1、采用简单的方法实现了氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射的规模化制备；2、所用设备简单，成本低廉；3、靶材致密度较高，晶粒尺寸细小。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，包括以下步骤：
步骤一、AZO陶瓷坯体的成型：
(1)分别称量高纯的氧化锌粉体与高纯的氧化铝粉体后混合均匀形成分体混合物，粉体混合物中氧化铝粉体的占比为2—3wt％；
(2)向粉体混合物中倒入含有0.1—3wt％分散剂的去离子水中，去离子水的添加量为粉体混合物的20—40wt％，且经过8—24h的球磨形成浆料；
(3)将浆料取出置于60—100℃的烘箱中干燥，再经过研磨形成粉体，形成陶瓷烧结起始原料；
(4)将陶瓷烧结起始原料置入模具中经过30—150MPa的单轴模压成型、保压时间为30—300s，然后经120—300MPa的冷等静压、保压时间为60—600s，形成相对密度为60—75％的陶瓷坯体；
步骤二、坯体高温烧结：
将陶瓷坯体放入炉膛腔壁具有4—10个进气口的普通升降式箱式电阻炉中，电炉从室温开始以0.5—10℃/min的升温速率升到第一步设定温度1050—1250℃，保温30—90min，然后以10—100℃/min升温速率升到第二步设定温度1300—1450℃，并保温120—480min，最后以0.5—10℃/min的降温速率降至室温形成半成品；其中，降温到达第一步设定温度后，将封闭有高纯的碳基固体材料的坩埚置于前述普通升降式箱式电阻炉的炉膛的每个进气口处，且从进气口通入压缩空气，空气的流量为5—50sccm，持续该作业直至温度降至1000℃；温度降至1000℃后，将从进气口通入的压缩空气转换成氮气，氮气流量为5—50sccm，持续该作业直至温度降至300℃；
步骤三、将步骤二中的半成品经过切割、打磨成规定尺寸，即形成具有氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材。
2.根据权利要求1所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述高纯的氧化锌粉体的粒径为200—500nm、纯度为99.95—99.99％。
3.根据权利要求1所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述高纯的氧化铝粉体的粒径为100—400nm、纯度为99.95—99.99％。
4.根据权利要求1所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述模具为平面靶材模具或者旋转靶材模具。
6.根据权利要求5所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述陶瓷坯体的尺寸为：平面靶材坯体不低于400mm×400mm×20mm，旋转靶材坯体不低于202mm×152mm×400mm。
7.根据权利要求1所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述高纯的碳基固体材料为纯度大于99％的石墨粉、石墨块、石墨烯、碳纤维中的一种或者多种，其含量为((压缩空气进气时间min)×(压缩空气流量sccm))/933+(靶材坯体重量g)/68。
8.根据权利要求1至7任一项所述的氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法，其特征在于：所述氧空位可控的大尺寸AZO磁控溅射靶材制备方法所制靶材的性能指标为：晶粒尺寸为10—20μm，靶材的相对密度大于99.5％，靶材的电阻率可低至6—7×10-4Ω·cm。
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