CN113716953A - 氧化铈掺杂izo粉体、靶材及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料加工技术领域,特别是涉及一种氧化铈掺杂IZO粉体、靶材及制备方法。本发明通过选用金属铈作为掺杂剂,与金属铟和金属锌性质匹配,能在800℃~850℃下形成液态合金,对该液态合金进行气雾化处理后,能得到三种金属分散高度均匀的合金颗粒,同时,雾化时施加氧气,能使得合金颗粒在800℃~850℃的温度下迅速被氧化成合金氧化物颗粒,从而获得以机械研磨方式难以达到的均匀程度的氧化铈掺杂IZO粉体,能进一步制成较纯IZO靶材电阻更低,较传统掺杂技术更均匀、性能更好的氧化铈掺杂IZO靶材,而且制备过程中不涉及酸、氨水等试剂的使用,因此不会产生废水废气污染环境,更绿色环保。

Description

氧化铈掺杂IZO粉体、靶材及制备方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域,特别是涉及一种氧化铈掺杂IZO粉体、靶材及制备方法。
背景技术
氧化铟锡(ITO)靶材作为一种性能优良的n型半导体材料,在有机电致发光等领域有着广泛的应用。然而,氧化铟锡靶材成本较高,因此人们发展出成本较低的氧化铟锌(IZO)材料作为氧化铟锡的替代品。目前,IZO混合粉体通常通过两种方式制备:(1)将金属铟和金属锌用酸进行溶解,然后使用氨水等碱性溶液沉淀出氢氧化铟锌浆料,氢氧化铟锌浆料经清洗干燥,高温煅烧后得到IZO混合粉体;(2)将氧化铟粉末和氧化锌粉末直接经球磨、砂磨等机械混合方式混合。然而,第一种湿法化学途径存在化学试剂残留,而且会大量产生含金属离子及铵盐的废水,对环境不友好,后处理成本高;第二种机械混合的方式则存在难以混匀的缺陷,对成品的性能有较大影响,而且,其氧化铟和氧化锌粉末的来源也通常是通过湿法化学途径分别制备的,因此,总的来说仍然存在试剂残留和金属离子废水产生的问题。
此外,由于IZO材料的体积电阻率较高,在DC溅射时会造成放电不稳定,成膜后的电阻也比ITO膜要高,为了降低IZO材料的电阻值,常常需要向其中掺杂正三价以上的氧化物。现行的主流掺杂工艺依然是通过机械混合,在氧化铟和氧化锌粉末球磨时加入掺杂剂,通过湿法分散将掺杂剂分散到IZO粉体中。这种方法除了前端生产氧化铟和氧化锌时存在前述的试剂残留或废水产生等问题,还存在掺杂不均匀的情况,后期制作成靶材后,导致靶材电阻局部不均匀,对后续成膜存在不良影响。
发明内容
基于此,有必要提供一种氧化铈掺杂IZO粉体、靶材及制备方法,其能克服传统技术中不环保、试剂残留以及混合或掺杂不均的缺点,在提升粉体和靶材性能的同时,对环境更加友好。
本发明的一个方面,提供了一种氧化铈掺杂IZO粉体的制备方法,其包括以下步骤:
将金属铟、金属锌和金属铈于真空条件、800℃~850℃下进行熔炼,制备InZnCe合金液体;
于氧气氛围中,对所述InZnCe合金液体进行气雾化处理,制备氧化铈掺杂IZO粉体。
在一些实施方式中,所述金属铟和所述金属锌的质量比为(70~79):(4~12),所述金属铈的质量占所述金属铟和所述金属锌总质量的0.1%~1.47%;及/或
所述氧化铈掺杂IZO粉体中,氧化铟与氧化锌的质量比为(85~95):(5~15),氧化铈的质量占所述氧化铟和所述氧化锌总质量的0.1%~1.5%。
在一些实施方式中,所述真空条件的真空度为20Pa以下。
在一些实施方式中,所述熔炼的时间为20min~40min;及/或
将所述金属铟、所述金属锌和所述金属铈于810℃~830℃下进行熔炼。
在一些实施方式中,所述氧气氛围的压力为38bar~42bar。
本发明的另一方面,还提供了前述制备方法制得的氧化铈掺杂IZO粉体。
本发明的又一方面,还提供了一种氧化铈掺杂IZO靶材的制备方法,其包括以下步骤:
将前述的氧化铈掺杂IZO粉体、水以及分散剂混合成浆料,进行研磨,然后加入粘结剂,分散,进行造粒,制备IZCeO造粒粉,将所述IZCeO造粒粉压制成型,制备IZCeO素坯靶材;
将所述IZCeO素坯靶材置于氧气氛围中进行烧结。
在一些实施方式中,所述氧气氛围的压力为0.2MPa~0.4MPa。
在一些实施方式中,所述烧结分为两段,进行第一段烧结的温度为500℃~700℃,进行第二段烧结的温度为1400℃~1500℃。
在一些实施方式中,所述氧化铈掺杂IZO粉体、所述水以及所述分散剂的质量比为1:(0.8~1.2):(0.003~0.006)。
在一些实施方式中,所述IZCeO造粒粉的粒径为10μm~30μm。
本发明同时还提供了前述制备方法制得的氧化铈掺杂IZO靶材。
本发明的技术方案至少可以实现以下有益效果:
1.通过选用金属铈作为掺杂剂,与金属铟和金属锌性质匹配,能在800℃~850℃下形成液态合金,对该液态合金进行气雾化处理后,能得到三种金属分散高度均匀的合金颗粒,同时,雾化时施加一定压力的氧气,能使得合金颗粒在800℃~850℃的温度下迅速被氧化成合金氧化物颗粒,从而获得以机械研磨方式难以达到的均匀程度的氧化铈掺杂IZO粉体,能进一步制成较纯IZO靶材电阻更低,较传统掺杂技术更均匀、性能更好的氧化铈掺杂IZO靶材,而且制备过程中不涉及酸、氨水等试剂的使用,因此不会产生废水废气污染环境,更绿色环保。
2.通过在氧气氛围下烧结制备氧化铈掺杂IZO靶材,以简单的步骤即控制了靶材的含氧量在合理的范围内,具有较高的致密度。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中,“若干”的含义是至少一个,例如一个,两个等,除非另有明确具体的限定。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中,以开放式描述的技术特征中,包括所列举特征组成的封闭式技术方案,也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中,涉及到数值区间,如无特别说明,上述数值区间内视为连续,且包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地,当范围是指整数时,包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外,当提供多个范围描述特征或特性时,可以合并该范围。换言之,除非另有指明,否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明中的温度参数,如无特别限定,既允许为恒温处理,也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本发明的一个方面,提供了一种氧化铈掺杂IZO粉体的制备方法,其包括以下步骤:
将金属铟、金属锌和金属铈于真空条件、800℃~850℃下进行熔炼,制备InZnCe合金液体;
于氧气氛围中,对InZnCe合金液体进行气雾化处理,制备氧化铈掺杂IZO粉体。
本发明通过选用金属铈作为掺杂剂,与金属铟和金属锌性质匹配,能在800℃~850℃下形成液态合金,对该液态合金进行气雾化处理后,能得到三种金属分散高度均匀的合金颗粒,同时,雾化时施加一定压力的氧气,能使得合金颗粒在800℃~850℃的温度下迅速被氧化成合金氧化物颗粒,从而获得以机械研磨方式难以达到的均匀程度的氧化铈掺杂IZO粉体,能进一步制成较纯IZO靶材电阻更低,较传统掺杂技术更均匀、性能更好的氧化铈掺杂IZO靶材,而且制备过程中不涉及酸、氨水等试剂的使用,因此不会产生废水废气污染环境,更绿色环保。
可选地,熔炼的温度例如可以是810℃~830℃,又如还可以是805℃、810℃、815℃、820℃、825℃、830℃、835℃、840℃、845℃。在预设温度范围内,三种金属均能彻底熔融且不至于挥发,并且,控制温度在合适范围内,还使得后续步骤中气雾化处理形成的颗粒与氧气能顺利发生氧化反应。
优选地,三种金属的纯度均为99.9%,进一步优选地,纯度均为99.99%。
在一些实施方式中,采用气雾化设备制备氧化铈掺杂IZO粉体:
将金属铟、金属锌以及金属铈置于气雾化设备中,对气雾化设备抽真空后,升温至800℃~850℃,将金属铟、金属锌以及金属铈熔炼为InZnCe合金液体;
向气雾化设备的雾化口施加38bar~42bar的氧气,使液态合金通过雾化口雾化成纳米颗粒,纳米颗粒经氧气氧化制备氧化铈掺杂IZO粉体。
在一些实施方式中,纳米颗粒经氧气氧化后,得到的粉体在氧气氛围下进行冷却。在氧气氛围下进行冷却有助于维持粉体在冷却过程中含氧量不降低。
在一些实施方式中,气雾化设备为熔炼坩埚,加热方式为感应加热,熔炼时使坩埚进行摆动,进一步促进三种金属的混匀。
在一些实施方式中,气雾化处理时,氧气氛围的压力为38bar~42bar。可选地,氧气氛围的压力例如可以是39bar、40bar、41bar。一定压力的氧气氛围能使得气雾化处理后的颗粒粒径更合适,分布更均匀。
在一些实施方式中,金属铟和金属锌的质量比为(70~79):(4~12),可选地,金属铟和金属锌的质量比例如可以是(73~76):(6~10),又如还可以是74.15:8。
在一些实施方式中,金属铈的质量占金属铟和金属锌总质量的0.1%~1.47%,可选地,金属铈的质量占金属铟和金属锌总质量例如可以是0.29%~0.98%,又如还可以是0.39%~0.59%,再如还可以是0.494%。
在一些实施方式中,氧化铈掺杂IZO粉体中,氧化铟与氧化锌的质量比为(85~95):(5~15),氧化铈的质量占氧化铟和氧化锌总质量的0.1%~1.5%。
可选地,氧化铟与氧化锌的质量比例如可以是(88~92):(8~12),又如还可以是9:1。
可选地,氧化铈的质量占氧化铟和氧化锌总质量的百分比例如可以是0.3%~1%,又如还可以是0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%。将氧化铈的用量控制在合理范围内,在有效降低后续制成的氧化铈掺杂IZO的靶材的电阻的前提下也尽可能地降低了生产成本。
在一些实施方式中,真空条件的真空度为20Pa以下。维持真空度在20Pa以下,能避免其他气体对金属的纯度造成影响,从而影响合金的制备。
在一些实施方式中,熔炼的时间为20min~40min。优选地,熔炼的时间为25min~35min,进一步优选地,熔炼的时间为30min。一定的熔炼时间能使得三种金属混合更均匀,并避免原料中可能存在的极少量杂质等因素对合金生成的影响。
本发明的另一方面,还提供了前述制备方法制得的氧化铈掺杂IZO粉体。
在一些实施方式中,前述制备方法制得的氧化铈掺杂IZO粉体中氧化铈的掺杂量小于等于1.5%,远低于传统机械研磨技术中10%左右的掺杂量,在维持导电性能的前提下大大降低了生产成本,而且掺杂更加均匀,表面电阻差值小,成膜性更好。
本发明的又一方面,还提供了一种氧化铈掺杂IZO靶材的制备方法,其包括以下步骤:
将前述的氧化铈掺杂IZO粉体、水以及分散剂混合成浆料,进行研磨,然后加入粘结剂,分散,进行造粒,制备IZCeO造粒粉,将IZCeO造粒粉压制成型,制备IZCeO素坯靶材;
将IZCeO素坯靶材置于氧气氛围中进行烧结。
在一些实施方式中,氧气氛围的压力为0.2MPa~0.4MPa。传统的靶材烧结工艺中,通常采用常压大气烧结或真空热压烧结,而IZO粉体在高温烧结过程中会造成少量的挥发,导致靶材缺氧,在后续镀膜时膜片会因为氧含量偏低造成不良。本发明采用高于常压一定压力下的氧气氛围对靶材进行烧结,能有效避免靶材烧结时造成的缺氧,使靶材具备更高的致密度和更合适的氧含量,且不会对靶材其他性质造成影响。
在一些实施方式中,烧结分为两段,进行第一段烧结的温度为500℃~700℃,进行第二段烧结的温度为1400℃~1500℃。优选地,进行第一段烧结的温度为600℃,进行第二段烧结的温度为1450℃。第一段烧结主要用于排胶。
在一些实施方式中,进行第一段烧结的时间为5h~7h,进行第二段烧结的时间为7h~9h。优选地,进行第一段烧结的时间为6h,进行第二段烧结的时间为8h。
在一些实施方式中,分散剂选用聚乙烯羧酸分散剂。
在一些实施方式中,粘结剂选用蜡类乳浊液。
在一些实施方式中,氧化铈掺杂IZO粉体、水以及分散剂的质量比为1:(0.8~1.2):(0.003~0.006)。优选地,氧化铈掺杂IZO粉体、水以及分散剂的质量比为1:1:0.005。一定用量的水和分散剂能使得浆料中各氧化物颗粒的分散更加均匀,从而进一步提高烧结后靶材的品质。
在一些实施方式中,IZCeO造粒粉的粒径为10μm~30μm。可选地,IZCeO造粒粉的粒径例如可以是15μm~25μm,又如还可以是12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm。造粒粉的粒径维持在一定范围内,能使制备得到的靶材更加致密均匀。
在一些实施方式中,通过离心喷雾干燥机进行造粒,干燥温度为280℃~320℃,优选300℃;雾化转速8000rpm~10000rpm,优选9000rpm。
在一些实施方式中,压制成型的步骤包括:将造粒粉末装入模具内,振实后密封,然后放入冷等静压机中按照4.5MPa/min~5.5MPa/min的升压速率升压至255MPa~265MPa,保压15min~25min后按照4.5MPa/min~5.5MPa/min进行泄压,泄压完成后拆除模具,得到素坯靶材。优选地,放入冷等静压机中按照5MPa/min的升压速率升压至260MPa,保压20min后按照5MPa/min进行泄压。
在一些实施方式中,振实处理时振动的频率为30Hz~40Hz,优选35Hz;振实处理的时间为2min~5min,优选3min。
本发明同时还提供了前述制备方法制得的氧化铈掺杂IZO靶材。本发明的方法制得的靶材电阻率低、电阻分布均匀、氧含量合适、致密度高,较传统技术制得的靶材具备更好的品质。
本发明还提供前述的氧化铈掺杂IZO粉体或前述的氧化铈掺杂IZO靶材在制备有机电致发光器件中的应用。
以下结合具体实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。以下具体实施例中未写明的实验参数,优先参考本申请文件中给出的指引,还可以参考本领域的实验手册或本领域已知的其它实验方法,或者参考厂商推荐的实验条件。可理解,以下实施例所用的仪器和原料较为具体,在其他具体实施例中,可不限于此,例如可以不限于采用橡胶模具进行振实处理,也不限于采用砂磨机进行研磨。
实施例1
(1)分别称取7443.8g的铟(In≥99.99%)、803.4g的锌(Zn≥99.99%)以及40.7g铈(Ce≥99.99%),放置在气雾化设备熔炼坩埚内,将设备抽真空至真空度<20Pa,然后通过感应加热将熔炼坩埚升温至820℃,维持30min,并使坩埚进行摆动,得到混合均匀的液态合金;
(2)向气雾化设备的雾化口施加40bar压力的氧气,并使液态合金流经雾化口,雾化成纳米颗粒,纳米颗粒随即在高温氧气氛围中被氧化成氧化铈掺杂的IZO粉体,粉体在氧气氛围中冷却至常温后取出,得到氧化铟、氧化锌、氧化铈的质量比为90:10:0.5的氧化铈掺杂IZO粉体;
(3)称取氧化铈掺杂IZO粉体5000g,水5000g,聚乙烯羧酸分散剂25g,配制成浆料后在砂磨机内研磨2h,然后加入SELOSOL粘结剂50g,继续分散0.5h;分散完成后,通过离心喷雾干燥机进行造粒得到造粒粉末,干燥温度为300℃,雾化转速为9000rpm;
(4)将造粒粉末装入橡胶模具内,在35Hz的频率下振实3min后进行密封,然后送入冷等静压机,按照5MPa/min的升压速率升压至260MPa,保压20min后,按照5MPa/min进行泄压,拆除橡胶模具后得到素坯靶材;
(5)将素坯靶材放入烧结炉内,对炉体抽真空至真空度小于100Pa,然后通入氧气,并控制氧气压力为0.3MPa;升温至600℃并保温6h进行排胶,然后升温至1450℃并保温8h进行烧结;烧结完成后,降温至室温,得到氧化铈掺杂IZO靶材。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(1)中称取铈8.1g,步骤(2)中得到的氧化铈掺杂IZO粉体中氧化铟、氧化锌、氧化铈的质量比为90:10:0.1。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(1)中称取铈81.4g,步骤(2)中得到的氧化铈掺杂IZO粉体中氧化铟、氧化锌、氧化铈的质量比为90:10:1。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(5)中通入的氧气压力为0.2MPa。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(1)中熔炼坩埚升温至800℃
对比例1
对比例1与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(5)中通入的氧气压力为0.1MPa。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(5)中抽真空后未通入氧气。
对比例3
(1)分别称取市售的氧化铟4500g、氧化锌500g、氧化铈50g,并与5000g水和25g聚乙烯羧酸分散剂配制成浆料,在砂磨机内研磨2h,然后加入SELOSOL粘结剂50g,继续分散0.5h;分散完成后,通过离心喷雾干燥机进行造粒得到造粒粉末,干燥温度为300℃,雾化转速为9000rpm;
(2)将造粒粉末装入橡胶模具内,在35Hz的频率下振实3min后进行密封,然后送入冷等静压机,按照5MPa/min的升压速率升压至260MPa,保压20min后,按照5MPa/min进行泄压,拆除橡胶模具后得到素坯靶材;
(3)将素坯靶材放入烧结炉内,对炉体抽真空至真空度小于100Pa,然后通入氧气,并控制氧气压力为0.3MPa;升温至600℃并保温6h进行排胶,然后升温至1450℃并保温8h进行烧结;烧结完成后,降温至室温,得到氧化铈掺杂IZO靶材。
对比例4
对比例5与实施例1基本相同,不同之处在于,步骤(1)中的原料不包括铈。
性能测试:
将各实施例和对比例中制得的靶材进行平面磨床等机械加工处理后,得到形状规整、颜色均一的待测样,对待测样进行表面电阻率、单位表面电阻率最大差值、氧含量以及相对密度测试,结果如表1、表2所示:
表1
Figure BDA0003261681250000121
表2
Figure BDA0003261681250000122
从实施例1~3可知,氧化铈的掺杂量从0.1%wt增加到0.5%wt时,氧化铈掺杂IZO靶材的表面电阻率有明显的下降,但从0.5%wt上升到1%wt时,靶材表面电阻率下降幅度减弱,故而氧化铈的掺杂量在0.5%wt左右较为适宜。从实施例1和实施例4以及对比例1和对比例2来看,烧结时氧气氛的压力在0.3Mpa时,靶材的氧含量与理论值基本无差异,0.2MPa时有微弱下降,但0.1MPa时则氧含量有明显下降,真空烧结方式下降则更为严重;发明人通过研究发现,氧化铈IZO靶材采用传统的烧结方法(常压空气、真空)进行烧结时氧化锌会有分解挥发,造成最终制得的靶材氧含量不达标,而通过在一定压力的氧气氛围内进行烧结,可以有效抑制氧化锌的分解挥发,且不会对靶材的其他性能造成影响。从对比例3的数据来分析,机械混合制作的氧化铈掺杂IZO靶材表面电阻率均值与本发明差异不大,但表面电阻率最大差值差异巨大,可见,传统机械混合的方式未能使氧化铈均匀的分布在IZO靶材内。从对比例4的数据则可以看出氧化铈掺杂可有效降低靶材表面电阻率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。

Claims (12)

1.一种氧化铈掺杂IZO粉体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将金属铟、金属锌和金属铈于真空条件、800℃~850℃下进行熔炼,制备InZnCe合金液体;
于氧气氛围中,对所述InZnCe合金液体进行气雾化处理,制备氧化铈掺杂IZO粉体。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述金属铟和所述金属锌的质量比为(70~79):(4~12),所述金属铈的质量占所述金属铟和所述金属锌总质量的0.1%~1.47%;及/或
所述氧化铈掺杂IZO粉体中,氧化铟与氧化锌的质量比为(85~95):(5~15),氧化铈的质量占所述氧化铟和所述氧化锌总质量的0.1%~1.5%。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述真空条件的真空度为20Pa以下。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述熔炼的时间为20min~40min;及/或
将所述金属铟、所述金属锌和所述金属铈于810℃~830℃下进行熔炼。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述氧气氛围的压力为38bar~42bar。
6.一种氧化铈掺杂IZO粉体,其特征在于,由权利要求1~5任一项所述的制备方法制得。
7.一种氧化铈掺杂IZO靶材的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将权利要求6中所述的氧化铈掺杂IZO粉体、水以及分散剂混合成浆料,进行研磨,然后加入粘结剂,分散,进行造粒,制备IZCeO造粒粉,将所述IZCeO造粒粉压制成型,制备IZCeO素坯靶材;
将所述IZCeO素坯靶材置于氧气氛围中进行烧结。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述氧气氛围的压力为0.2MPa~0.4MPa。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述烧结分为两段,进行第一段烧结的温度为500℃~700℃,进行第二段烧结的温度为1400℃~1500℃。
10.根据权利要求7~9任一项所述的制备方法,其特征在于,所述氧化铈掺杂IZO粉体、所述水以及所述分散剂的质量比为1:(0.8~1.2):(0.003~0.006)。
11.根据权利要求7~9任一项所述的制备方法,其特征在于,所述IZCeO造粒粉的粒径为10μm~30μm。
12.一种氧化铈掺杂IZO靶材,其特征在于,由权利要求7~11任一项所述的制备方法制得。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116041047A (zh) * 2022-12-15 2023-05-02 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种溅镀用izo掺杂靶材及其制备方法
CN116082031A (zh) * 2023-02-07 2023-05-09 洛阳晶联光电材料有限责任公司 一种锌掺杂氧化铟粉体及其制备方法
CN116199496A (zh) * 2022-12-15 2023-06-02 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种氧化铟锌掺杂稀土金属靶材及其制备方法
WO2024050929A1 (zh) * 2022-09-09 2024-03-14 长沙壹纳光电材料有限公司 一种镧系金属掺杂izo靶材及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101246759A (zh) * 2007-02-15 2008-08-20 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种用于透明导电材料的纳米均相复合金属氧化物导电粉末
WO2011016387A1 (ja) * 2009-08-05 2011-02-10 住友金属鉱山株式会社 イオンプレーティング用タブレットとその製造方法、および透明導電膜
JP2014005165A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Solar Applied Materials Technology Corp 酸化インジウムガリウム亜鉛、その製造方法および応用
CN113292315A (zh) * 2021-05-12 2021-08-24 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种稀土掺杂氧化铟锌粉体及其制备方法、应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101246759A (zh) * 2007-02-15 2008-08-20 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种用于透明导电材料的纳米均相复合金属氧化物导电粉末
WO2011016387A1 (ja) * 2009-08-05 2011-02-10 住友金属鉱山株式会社 イオンプレーティング用タブレットとその製造方法、および透明導電膜
JP2014005165A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Solar Applied Materials Technology Corp 酸化インジウムガリウム亜鉛、その製造方法および応用
CN113292315A (zh) * 2021-05-12 2021-08-24 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种稀土掺杂氧化铟锌粉体及其制备方法、应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024050929A1 (zh) * 2022-09-09 2024-03-14 长沙壹纳光电材料有限公司 一种镧系金属掺杂izo靶材及其制备方法与应用
CN116041047A (zh) * 2022-12-15 2023-05-02 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种溅镀用izo掺杂靶材及其制备方法
CN116199496A (zh) * 2022-12-15 2023-06-02 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种氧化铟锌掺杂稀土金属靶材及其制备方法
CN116041047B (zh) * 2022-12-15 2024-05-17 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种溅镀用izo掺杂靶材及其制备方法
CN116082031A (zh) * 2023-02-07 2023-05-09 洛阳晶联光电材料有限责任公司 一种锌掺杂氧化铟粉体及其制备方法
CN116082031B (zh) * 2023-02-07 2024-01-30 洛阳晶联光电材料有限责任公司 一种锌掺杂氧化铟粉体及其制备方法

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