TW201816159A - 濺鍍靶材 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種濺鍍靶材，其含有鉬及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬，其中該來自群組(鉭、鈮)之金屬的平均含量為5at%至15at%且鉬含量

Description

濺鍍靶材
本發明係關於一種濺鍍靶材，其含有鉬(Mo)及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬，其中至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬的平均含量為5at%至15at%且Mo含量80at%，且亦關於一種製造濺鍍靶材之方法。
濺鍍，亦稱為陰極霧化，為一種藉由利用高能離子進行撞擊，使原子自濺鍍靶材分離且轉變成氣相之物理方法。
含有鉬及金屬鉭(Ta)及/或鈮(Nb)之濺鍍靶材自例如EP0285130A1、JP2002327264A、JP2005307226A或WO2015061816A1已知。
含有金屬鉭及/或鈮之基於鉬之濺鍍靶材用於例如製造薄膜電晶體之電極層或觸控面板之接觸層。在不斷增大之尺寸下滿足層品質及均質性方面之日益苛刻之要求為許多研發活動之目標。
在如例如JP2002327264A或JP2005307226A中所描述，藉由熱均壓法(HIP)進行製造時，在罐中進行粉末混合物之緻密化。在此處，粉末混合物中存在之諸如氧氣之氣體無法逸出或僅可不完全逸出，且可能在濺鍍靶材之微觀結構中形成不合需要之氧化物。此外，可藉助於熱均壓 法(HIP)製造之濺鍍靶材之尺寸受可用HIP設備之尺寸限制。當自粉末混合物直接進行HIP時此限制更加明顯，因為體積收縮可為約50%至70%。藉由HIP進行製造的另一不足之處為：實際上在此處未發生合金元素之均質化。擴散亦可受例如氧化物阻礙。
藉助於藉由冷均壓法(CIP)之緻密化及後續燒結(在高溫下進一步緻密化但不施加壓力)進行製造的不足之處為：形成混合晶體(就本發明而言，鉬及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬的溶液)且在此處發生之混合晶體加強大大降低濺鍍靶材之變形性。此之後又顯著限制大面積扁平靶材以及具有相對較長長度之管狀靶材的製造。
兩種製造方法另外均具有以下不足之處：可能發生不合需要之晶粒粗化且因此不再充分確保濺鍍靶材中濺鍍行為之均質性。在經由CIP、燒結及成型進行製造中此影響更加明顯，因為在此處所使用之溫度更高且成型步驟在微觀結構中引起大量疵點，此促進再結晶及非均一晶粒生長。
因此，已知之濺鍍靶材不符合層均質性、濺鍍行為之均質性及避免不合需要之局部初熔方面日益苛刻之要求。舉例而言，局部初熔由電弧法(電弧之局部形成)造成。此外，已知之方法無法充分製造出大面積扁平靶材及具有相對較長之長度的管狀靶材，雖然該等靶材另外具有細粒且均質之微觀結構。
因此，本發明之一目標為提供滿足上述要求及/或不具有上述不足之濺鍍靶材。詳言之，本發明之一目標為提供一種濺鍍靶材，藉助 於該濺鍍靶材，可製造在化學組成方面及在層厚度分佈方面均極其均質之層且該濺鍍靶材不傾向於產生由電弧法造成之局部初熔。此外，濺鍍靶材應具有均勻濺鍍行為。在此處，均勻濺鍍行為意謂可以相同速率剝蝕濺鍍靶材之個別晶粒或個別區域，使得在濺鍍製程期間無凹凸結構形成於濺射表面之區域中。此外，濺鍍靶材應極其巨大，亦即其應可能提供大區域及長管。
本發明之另一目標為提供一種以簡單且可再現以及廉價之方式製造具有上述特性之濺鍍靶材的製造途徑。
藉由申請專利範圍獨立項實現該目標。在申請專利範圍附屬項中描述特定具體實例。
根據本發明之濺鍍靶材含有鉬及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬，其中來自群組(鉭、鈮)之金屬的平均含量為5at%至15at%且鉬含量80at%。濺鍍靶材至少包含以下微觀結構組份：-基質，其平均鉬含量大於或等於92at%，-粒子，其嵌入於基質中且由含有鉬及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬的混合晶體構成，平均鉬含量大於或等於15at%。
至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬之平均含量低於5at%表示靶材之微觀結構遭遇之挑戰更小，此係因為具有此類低含量之濺鍍靶材可更加簡單地均質化及亦更加簡單地變形(較低之混合晶體加強)。然而，自鉭及/或鈮含量低於5at%之濺鍍靶材沈積之層的腐蝕及蝕刻行為仍然無法令人滿意。同樣地，鉭及/或鈮含量超過15at%並非合乎需要，此係因為此不再使自對應濺鍍靶材沈積之層的腐蝕及蝕刻行為進一步優化。來自 群組(鉭、鈮)之金屬之平均含量在5at%至15at%範圍內可實現良好腐蝕及蝕刻行為以及足夠低之混合晶體加強的有利組合。
出於本發明之目的，「微觀結構」意謂濺鍍靶材之微觀結構，其可以熟習此項技術者熟悉之簡單方式藉助於光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡下之金相光片及評估進行分析。
在本發明之情況下，基質為極富鉬之相，富鉭及/或富鈮相之粒子嵌入於其中。基質包圍此等粒子且形成連續結構，而粒子彼此空間分離。基質之平均鉬含量大於或等於92at%，其藉助於能量色散X射線光譜儀(energy dispersive X-ray spectroscopy，EDX)以5點分析平均值之形式量測。鉬含量較佳大於或等於95at%。在多數情況下鉬含量相對較高亦意謂基質中鉭及/或鈮含量較低，此又引起較低之混合晶體加強，因此變形性較佳。因此可更加容易地製造出大面積之濺鍍靶材或具有較長長度之管狀靶材。
嵌入於基質中之粒子具有由至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬及鉬組成之混合晶體組成，其中平均鉬含量大於或等於15at%。由晶界分離之複數個結晶晶粒可存在於粒子中。出於本發明之目的，混合晶體係形成聯合晶體結構之至少兩種元素的固溶體。
粒子之平均鉬含量亦藉助於EDX以5點分析平均值之形式測定。已發現粒子之平均鉬含量大於或等於15at%在其均質性方面尤其有利於濺鍍行為。因此，可以確定自包含鉬含量大於或等於15at%之混合晶體粒子的根據本發明之濺鍍靶材之剝蝕比自具有純Mo相及純鉭/鈮相之濺鍍靶材的剝蝕更加均質地發生。
因此濺鍍靶材之微觀結構由至少兩個相組成，但其中亦可存在諸如氧化物或孔隙之其他額外相。然而，因為此類其他相可能對濺鍍行為，尤其均質性造成負面影響，所以其比例應儘可能小。因此，氧化物可例如促進局部初熔(電弧)之發生。
粒子之平均鉬含量較佳大於或等於20at%，更佳大於或等於25at%，因為此類含量使得濺鍍行為(均質性)得到進一步改善。
然而，亦較佳地，粒子之鉬含量不超出值50at%。在粒子之鉬含量低於或等於50at%時，僅低混合晶體加強及因此良好變形性以及極其均質之濺鍍行為的組合最明顯。
根據本發明之濺鍍靶材亦較佳不包含或基本上不包含來自群組(鉭、鈮)之元素金屬。此意謂濺鍍靶材之微觀結構中不存在或基本上不存在僅由鉭及/或鈮組成之粒子。此類元素粒子之缺失可以簡單方式，藉助於X射線繞射(XRD)藉由在金相光片上記錄XRD譜來證實或證明。以此方式確保自根據本發明之濺鍍靶材的尤其均質之濺鍍剝蝕。
此外，根據本發明之濺鍍靶材較佳具有成型紋理。成型紋理在諸如滾軋、鍛造或擠壓製程之成型(變形)製程中形成。作為成型製程之結果，存在於濺鍍靶材中之結晶晶粒較佳相對於濺鍍靶材之表面以相同或相似取向對準。在成型製程之後的熱處理，例如退火或再結晶熱處理期間，亦維持成型紋理。因為剝蝕速率視個別晶粒之結晶取向而定，所以具有成型紋理之濺鍍靶材呈現進一步改善、更加均質之濺鍍行為。尤其有利地，存在於根據本發明之濺鍍靶材中之基質與粒子二者均具有以下主要取向：
a.在成型方向上：(110)
b.在法線方向上：來自群組(100)及(111)之至少一種取向。
在此處，在滾軋製程之情況下成型方向(常常稱為「滾軋方向」)係滾軋方向，或在徑向鍛造製程之情況下係前進方向。出於本發明之目的，法線方向係變形方向，亦即在滾軋製程之情況下係正交於表面之方向或在徑向鍛造製程之情況下係徑向方向。「主要」係指具有最高強度之取向。強度典型地比大於1.5倍，較佳2倍背景強度。成型紋理藉助於掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy，SEM)及電子反向散射繞射(electron backscatter diffraction，EBSD)確定。為此，以70°之角度安裝樣本。入射初始電子束無彈性地散射在樣本之原子上。當一些電子以滿足布拉格條件(Bragg condition)之方式衝擊晶格面時，出現相長干擾。晶體中之所有晶格面均出現此加強，使得所得電子反向散射圖案(亦稱為菊池圖案(Kikuchi pattern))指示晶體中之所有角關係且因此亦指示晶體對稱。在以下條件下進行量測：
- 加速電壓：20kV，
- 孔口120μm，
- 工作距離15mm
- 高電流模式-激活
- 掃描面積：800×800μm2。
- 索引步長：0.5μm。
根據本發明之濺鍍靶材中之粒子的平均縱橫比更佳大於或等於2，甚至更佳大於或等於3，極其較佳大於或等於5。
平均縱橫比可在金相光片之光學顯微圖上以簡單方式量測。因為具有此類組態之粒子可減少或抑制基質之過度或非均一晶粒生長，所以此類平均縱橫比有利。
尤其有利地，濺鍍靶材之微觀結構中垂直於成型方向(在法線方向上)之粒子之間的平均距離小於或等於250μm，較佳小於或等於150μm，更佳小於或等於100μm，甚至更佳小於或等於50μm。在此處，在金相光片之光學顯微圖上量測各情況下粒子中心之間的距離(垂直於成型方向)。在此處，將長度為780μm之5條線垂直於成型方向等距置放在光學顯微圖(1040×780μm)上方。根據本發明之濺鍍靶材中可設定之粒子之間的平均距離自然亦視來自群組(鉭、鈮)之金屬之含量而定。因此，以5at%含量可達成之平均距離大於以15at%來自群組(鉭、鈮)之金屬可達成之平均距離。粒子之間的平均距離亦與基質之最大平均晶粒尺寸緊密相關。
亦有利地，本發明之濺鍍靶材中之基質至少部分具有再結晶微觀結構。再結晶微觀結構由移除晶格缺陷(例如位錯)以及晶核形成及生長產生。新晶粒在再結晶期間形成。因此，至少部分再結晶可意謂基質亦部分呈變形狀態、部分復原(晶格缺陷之重排)、部分再結晶抑或完全再結晶存在。再結晶微觀結構繼續呈現先前引入之成型紋理但具有細球狀晶粒。具有此類組態之微觀結構使得較佳取向(例如及較佳平行於濺鍍靶材之濺鍍表面的濺鍍取向)之優勢能夠以最佳方式與細球狀晶粒組合(均質濺鍍剝蝕)。材料中之殘餘應力亦可藉助於至少部分再結晶之基質以尤其有利之方式耗散。結果，在使用根據本發明之濺鍍靶材期間，可減少或甚至完全避免在材料濺散期間，尤其自扁平靶材產生之畸變。假定此類畸變由 應力消除引起。
再結晶微觀結構通常引發不合需要之晶粒粗化的風險，該晶粒粗化亦可以尤其不希望之方式引起非均質(非均一晶粒生長)。在除基質之外亦存在平均鉬含量大於或等於15at%之混合晶體粒子的根據本發明之濺鍍靶材中，此晶粒粗化受到極大抑制。粒子在此處充當在再結晶製程期間遷移的基質晶界之障礙物。在粒子具有如上所述之細長形狀以及對應平均縱橫比時，此影響尤其明顯。此等細長粒子充當「圍牆」且以尤其有效之方式阻止不希望之過度晶粒生長/晶粒粗化。因此可實現優化之細粒度微觀結構，產生尤其均質之濺鍍。
亦有利地，根據本發明之濺鍍靶材中之基質的平均粒度小於或等於100μm，較佳小於或等於60μm。平均粒度可以簡單方式，在金相縱向光片之光學顯微圖上藉助於線段法評估(成型方向及法線方向跨越影像平面)。為此，藉助於村上蝕刻(Murakami etching)製造縱向光片以使得晶界可見。在放大100倍(影像區段1040×780μm)下，在各情況下將5條線自影像邊緣至影像邊緣以等距間隔置放在影像中且在兩個方向上(成型方向及法線方向)量測粒度且形成平均值。
因為與較粗微觀結構相比可藉此實現更加均質之濺鍍行為，所以小於或等於100μm，較佳60μm之平均粒度為有利的。
同樣尤其有利地，根據本發明之濺鍍靶材中之至少一些粒子具有再結晶微觀結構。在此處同樣維持粒子之成型紋理，如其細長形狀，但粒子內部之顆粒結構在此情況下至少部分為細粒及球狀。以此方式可進一步改善濺鍍剝蝕之均質性。極其有利地，根據本發明之濺鍍靶材中之基 質及粒子二者均具有至少部分再結晶之微觀結構。
在根據本發明之濺鍍靶材中，氧含量較佳0.5at%，對應於以重量計800ppm之值。氧含量過高可導致形成不合需要之氧化物，該等氧化物又可對濺鍍行為造成不良影響。因此，氧化物可例如促進局部初熔(電弧)之發生。
因此有利地，本發明之濺鍍靶材中之氧含量保持較低以便很大程度上防止形成不合需要之氧化物。然而，氧含量在固結期間無法進一步降低，尤其在藉由HIP進行製造之情況下，且一定比例之氧化物仍留在濺鍍靶材之微觀結構中。因為氧化物亦可削弱微觀結構中存在之粒子與基質之間的界面且因此降低變形性，所以亦尤其有利的是基質與粒子之間的此等界面實質上不含氧化物。然而，氧化物可存在於此類微觀結構中之粒子內部。存在於粒子內部之氧化物未導致變形性之任何降低，亦即未阻礙大面積靶材或長管狀靶材之製造。
根據本發明之濺鍍靶材之相對密度較佳大於或等於理論密度之98.5%。因此，孔隙亦可存在於濺鍍靶材之微觀結構中，但孔隙率較佳低於1.5%。高相對密度與低氧含量組合尤其確保無電弧濺鍍。使用阿基米得原理(Archimedes principle)進行密度測定，該原理描述浸沒於液體中之實心體的質量、體積與密度之間的關係。藉由浮力法測定重量減去浮力且自此及自空氣重量計算相對密度。在此處，相對密度係基於各別材料之理論密度的量測密度。材料之理論密度對應於無孔100%緻密材料的密度。
在另一有利具體實例中，濺鍍靶材之組成由5at%至15at%至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬、餘量Mo及典型雜質組成。出於本發 明之目的，典型雜質為常規存在於原材料中或由製造過程產生之兩種雜質。在此情況下，濺鍍靶材因此由Mo-Nb或Mo-Ta之二元合金組成。與具有額外組份或元素之合金相比，此類合金具有成本優勢。此外，所發生之混合晶體加強通常較低且因此變形性較佳。
尤其較佳地，根據本發明之濺鍍靶材中的群組(鉭、鈮)之金屬為鈮。Mo-Nb合金具有尤其有利之腐蝕及蝕刻行為且另外比Mo-Ta合金便宜。
尤其較佳地，根據本發明之濺鍍靶材經組態為管狀靶材。藉助於管狀靶材可塗佈較大區域且在濺鍍製程中濺鍍靶材之材料利用率較高。
當製程包含以下步驟時，可以尤其簡單及可再現之方式製造根據本發明之濺鍍靶材：
i.製造粉末混合物，其含有大於或等於80at%之Mo及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬之粉末，其中粉末混合物中來自群組(鉭、鈮)之金屬之平均含量為5at%至15at%；
ii.藉由HIP使粉末混合物固結
iii.至少一個熱處理步驟。
為準備藉助於HIP進行固結，將粉末混合物引入至罐(典型地由鋼組成)中且閉合後者。典型地在1000℃至1600℃範圍內之溫度及在80MPa至200MPa範圍內之壓力下進行藉由熱均壓法(hot isostatic pressing，HIP)之固結。
在壓力及溫度之合適組合下進行至少一個熱處理步驟作為 本發明之製程的一部分，以便形成本發明微觀結構，亦即至少含有：基質，其平均鉬含量大於或等於92at%；及粒子，其由含有至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬及鉬之混合晶體構成，平均鉬含量大於或等於15at%，且該等粒子嵌入於基質中。藉由鉬與至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬的有意相互擴散來確保此。
除所提及之製程步驟之外，亦可另外進行一或多個成型步驟。此類成型步驟可在(ii)固結與(iii)熱處理之間、在(iii)熱處理之後抑或在此之前及之後進行。可藉助於成型步驟顯著增加濺鍍靶材之尺寸且可發生進一步緻密化。例如在扁平靶材情況下可藉由滾軋，在管狀靶材情況下可藉由擠壓或鍛造實現成型。
較佳變形程度為45%至90%。變形程度如下定義：(Aa-Au)/Aa×100(以%為單位)
Aa...成型前之截面積
Au...成型後之截面積
在變形程度<45%時，可以不利方式影響濺鍍靶材之密度及濺鍍行為之均一性。變形程度>90%可對製造成本造成不利影響。對於至少一些時間，成型溫度較佳為900℃至1500℃。出於本發明之目的，一些時間意謂例如在此溫度下進行第一成型步驟。此後成型溫度亦可低於900℃。可在一個步驟中或在複數個步驟中進行成型。
至少一個熱處理步驟較佳在1300℃至1900℃之溫度範圍內進行。在低於1300℃之溫度下，形成根據本發明之微觀結構所需之製程時間相對較長且因此不夠經濟。在超過1900℃之溫度下，極快速之相互擴散 可降低製程穩定性。舉例而言，粒子中之鉬含量可能過快升高且發生過高之混合晶體加強。更佳地，溫度範圍為1450℃至1750℃，其中可實現尤其良好之經濟性及尤其有利之微觀結構成型。
較佳地，至少一個熱處理步驟具有在1小時至10小時範圍內之持續時間。在此時間窗口中獲得經濟性與製程穩定性之尤其最佳組合。
採用上述溫度範圍及時段確保以最佳方式實現以下影響中之至少一者：
- 氧氣移除。
- 輸送氧氣及/或氧化物離開基質與粒子之間的界面。
- 「使氧化物均一」，亦即將形態自銳緣改變為圓形。
- 形成平均鉬含量大於或等於92at%之基質及由含有至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬及鉬之混合晶體構成的粒子，粒子中平均鉬含量大於或等於15at%，且該等粒子嵌入於基質中。
- 基質再結晶、粒子再結晶或基質與粒子之再結晶。
進一步較佳地，至少一個熱處理步驟在還原氛圍中，例如在氫氣或氫氣/氮氣混合物中進行。使用還原氛圍能夠使氧含量進一步降低。作為替代方案，可在減壓下或在惰性氛圍(例如Ar)中抑或在氮氣氛圍中進行至少一個熱處理步驟。
藉助於兩個製造實施例以實例說明本發明：圖1 展示根據本發明之濺鍍靶材之蝕刻(村上(Murakami))縱向光片。成型方向及法線方向跨越影像平面且藉由箭頭標記。
實施例1：為製造根據本發明之濺鍍靶材，使用以下粉末：
- 費氏粒度(Fisher particle size)為4.7μm，氧含量為0.035重量%且碳含量為0.0018重量%之Mo粉末
- 費氏粒度為7.8μm，氧含量為0.19重量%且碳含量為0.05重量%之Nb粉末
為製造四個由具有10at%鈮(對應於9.71重量%鈮)之鉬合金構成且各自重量為450kg之板，在機械式混拌機中將185kg鈮粉末與1615kg鉬粉末混合20分鐘。將粉末混合物裝進鋼罐中且熱均衡加壓(HIP)。在100MPa之壓力下在1200℃之HIP溫度下持續5小時，實現粉末之完全緻密化。
在熱滾軋裝置上在1250℃下滾軋經HIP之板，總變形程度為84%，滾軋至2.5m之長度及約1m之寬度。隨後滾軋板在熔爐中在氫氣氛圍中於1550℃下熱處理3小時。
自以此方式製造之濺鍍靶材中獲取樣品且藉助於習知金相方法研磨、拋光及蝕刻。
對於所有以下分析方法，自各濺鍍靶材獲取縱向樣品(成型方向及法線方向跨越影像平面)，拍攝放大100倍且影像區段為1040μm×780μm之圖像且自其測定在各情況下之平均值(圖1以實例展示此類影像區段)。
為測定粒子或基質中之平均鉬含量，在掃描電子顯微鏡中藉 助於EDX量測樣品。
表1展示粒子及基質之平均鉬含量(以各情況下5個量測值之平均值形式測定)。
為測定基質粒度，採用線段法，使用5條780μm線，各條線在成型方向及法線方向上呈等距間隔。自兩個方向之平均值及自四個影像(每一濺鍍靶材(板)一個影像)之平均值計算粒度且粒度為52μm。
作為本發明微觀結構之另一參數，測定混合晶體粒子(在此實施例中為富Nb粒子)之平均縱橫比。為此，在成型方向及法線方向上量測在成型方向上長度大於或等於10μm之所有粒子且計算兩個長度之比值。粒子在成型方向上之平均長度為144μm且在法線方向上為22μm，獲得6.4之平均縱橫比。
藉助於線段法同樣地測定在法線方向(垂直於成型方向)上富Nb粒子之間的距離。為此，將長度為780μm之5條線以等距間隔置於影像上方且測定粒子之間的平均距離(在法線方向上粒子邊緣至粒子邊緣)，且發現為81μm。
在2.5×103毫巴至1×10-2毫巴範圍內之氬氣(Ar)壓力及400瓦特或800瓦特之功率下，藉助於濺鍍實驗測定如上所述製造之濺鍍靶材的濺鍍行為。鈉鈣玻璃用作基底材料。可在不出現電弧過程之情況下濺 鍍濺鍍靶材。
實施例2：為製造管狀MoNb濺鍍靶材，使用以下粉末：
- 費氏粒度為4.9μm，氧含量為0.039重量%且碳含量為0.0022重量%之Mo粉末
- 費氏粒度為7.8μm，氧含量為0.19重量%且碳含量為0.05重量%之Nb粉末
為製造兩個由具有10at%鈮(對應於9.71重量%鈮)之鉬合金構成且重量為420kg之管，在機械式混拌機中將87kg鈮粉末與753kg鉬粉末混合20分鐘。將粉末混合物裝進管狀鋼罐中且熱均衡加壓(HIP)。在105MPa之壓力下在1250℃之HIP溫度下持續4小時，實現粉末之完全緻密化。
將經HIP之管自罐中移除且在徑向鍛造設備上在1250℃下鍛造至30%之變形程度。隨後鍛造管在1500℃下熱處理5小時且隨後在1200℃下鍛造第二次，其中在第二鍛造步驟中變形程度為30%，獲得長度為3m之管狀濺鍍靶材。
自兩個管狀濺鍍靶材中之每一者獲取縱向樣品(成型方向/前進方向及法線方向/徑向方向跨越影像平面)且藉助於習知金相方法研磨、拋光及蝕刻。
為測定粒子及基質中之平均鉬含量，在掃描電子顯微鏡中藉助於EDX量測樣品。
表2展示粒子及基質之平均鉬含量(以各情況下5個量測值 之平均值形式測定)。
在100倍之放大倍數及1040μm×780μm之影像區段下，藉助於線段法，測定基質粒度。在此處，在各情況下在成型方向及法線方向上以等距間隔使用各自長度為780μm之5條線。自兩個方向及兩個樣品之平均值計算粒度且粒度為59μm。
作為本發明微觀結構之另一參數，測定混合晶體粒子(在此實施例中為富Nb粒子)之平均縱橫比。為此，在成型方向及法線方向上量測在成型方向上長度大於或等於10μm之所有粒子且計算兩個長度之比值。粒子在成型方向上之平均長度為101μm且在法線方向上為20μm，獲得5之平均縱橫比。
藉助於線段法同樣地測定在法線方向(垂直於成型方向)上富Nb粒子之間的距離。為此，將長度為780μm之5條線以等距間隔置於影像上方且測定粒子之間的平均距離(在法線方向上粒子邊緣至粒子邊緣)，且發現為97μm。

Claims (16)

  1. 一種濺鍍靶材，其含有鉬及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬，其中該來自群組(鉭、鈮)之金屬之平均含量為5at%至15at%且鉬含量 80at%，其特徵在於該濺鍍靶材至少包含以下微觀結構組份：基質，其平均鉬含量大於或等於92at%，粒子，該等粒子嵌入於該基質中且該等粒子由混合晶體組成，該混合晶體含有鉬及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬，平均鉬含量大於或等於15at%。
  2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍靶材，其中該等粒子之該平均鉬含量大於或等於20at%，更佳大於或等於25at%。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中此靶材具有成型紋理，在該成型紋理中該基質或該等粒子或該基質與該等粒子二者均具有以下主要取向：a.在成型方向上：(110)b.在法線方向上：來自群組(100)及(111)之至少一種取向。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中該等粒子之平均縱橫比大於或等於2，較佳大於或等於3，更佳大於或等於5。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中垂直於成型方向之該等粒子之間的平均距離小於或等於250μm，較佳小於或等於150μm，更佳小於或等於100μm，甚至更佳小於或等於50μm。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中該基質至少部分包含再結晶微觀結構。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中該基質之平均粒度小於或等於100μm，較佳小於或等於60μm。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中該等粒子至少部分具有再結晶微觀結構。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中此靶材具有實質上不含氧化物之基質與粒子之間的介面。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中此靶材由5at%至15at%至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬、餘量Mo及典型雜質組成。
  11. 如前述申請專利範圍中任一項之濺鍍靶材，其中該來自群組(鉭、鈮)之金屬係鈮。
  12. 一種製造濺鍍靶材之方法，其特徵在於此方法包含以下步驟：i.製造粉末混合物，其含有大於或等於80at%之Mo及至少一種來自群組(鉭、鈮)之金屬之粉末，其中該粉末混合物中該來自群組(鉭、鈮)之金屬之平均含量為5at%至15at%；ii.藉由HIP使該粉末混合物固結iii.至少一個熱處理步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中此方法另外包含至少一個成型步驟，該成型步驟可在(ii)固結與(iii)熱處理之間、在(iii)該熱處理之後抑或在此之前及之後均進行。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項之方法，其中該至少一個熱處理步 驟在1300℃至1900℃，較佳1450℃至1750℃之溫度範圍內進行。
  15. 如申請專利範圍第12項至第14項中任一項之方法，其中該熱處理步驟具有在1小時至10小時範圍內之持續時間。
  16. 如申請專利範圍第12項至第15項中任一項之方法，其中該熱處理步驟在還原氛圍中進行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207941A (zh) * 2017-07-05 2019-01-15 日立金属株式会社 MoNb靶材

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114990499B (zh) 2021-07-19 2023-06-20 江苏钢研昊普科技有限公司 一种钼合金靶材的制备方法
CN114150279A (zh) * 2021-12-09 2022-03-08 株洲硬质合金集团有限公司 一种钼铌合金轧制靶材的热处理方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63241164A (ja) 1987-03-30 1988-10-06 Toshiba Corp スパッタリングターゲットおよび電気配線用合金膜
JP4432015B2 (ja) 2001-04-26 2010-03-17 日立金属株式会社 薄膜配線形成用スパッタリングターゲット
US7255757B2 (en) * 2003-12-22 2007-08-14 General Electric Company Nano particle-reinforced Mo alloys for x-ray targets and method to make
JP4110533B2 (ja) * 2004-02-27 2008-07-02 日立金属株式会社 Ｍｏ系ターゲット材の製造方法
JP4356071B2 (ja) 2004-03-31 2009-11-04 日立金属株式会社 スパッタリングターゲット材およびその製造方法
US20050230244A1 (en) 2004-03-31 2005-10-20 Hitachi Metals, Ltd Sputter target material and method of producing the same
JP4721090B2 (ja) 2004-04-16 2011-07-13 日立金属株式会社 Ｍｏ系ターゲット材の製造方法
DE102005003445B4 (de) 2005-01-21 2009-06-04 H.C. Starck Hermsdorf Gmbh Metallsubstrat-Werkstoff für die Anodenteller von Drehanodenröntgenröhren, Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkstoffes sowie Verfahren zur Herstellung eines Anodentellers unter Verwendung eines solchen Werkstoffes
DE102005050424B4 (de) 2005-10-19 2009-10-22 W.C. Heraeus Gmbh Sputtertarget aus mehrkomponentigen Legierungen
DE102006003279B4 (de) 2006-01-23 2010-03-25 W.C. Heraeus Gmbh Sputtertarget mit hochschmelzender Phase
JP4894008B2 (ja) * 2007-05-09 2012-03-07 日立金属株式会社 ＭｏＮｂ系焼結スパッタリングターゲット材の製造方法
US8449817B2 (en) 2010-06-30 2013-05-28 H.C. Stark, Inc. Molybdenum-containing targets comprising three metal elements
JP2013083000A (ja) * 2011-09-28 2013-05-09 Hitachi Metals Ltd 焼結Ｍｏ合金スパッタリングターゲット材の製造方法
CN102337418B (zh) 2011-10-29 2013-05-22 西安瑞福莱钨钼有限公司 一种溅射靶材用钼铌合金板的制备方法
CN102560383B (zh) * 2012-01-12 2013-10-23 宝鸡市科迪普有色金属加工有限公司 钼铌合金板靶材加工工艺
CN103320756B (zh) 2013-06-20 2016-03-02 安泰科技股份有限公司 高纯度、高致密度、大尺寸钼合金靶材的制备方法
CN103302295B (zh) 2013-06-20 2015-09-02 安泰科技股份有限公司 一种轧制加工高纯度、高致密度钼合金靶材的方法
US9238852B2 (en) 2013-09-13 2016-01-19 Ametek, Inc. Process for making molybdenum or molybdenum-containing strip
AT13602U3 (de) * 2013-10-29 2014-08-15 Plansee Se Sputtering Target und Verfahren zur Herstellung
CN104439247B (zh) 2014-12-30 2017-08-29 山东昊轩电子陶瓷材料有限公司 钼合金靶材的制备方法
CN104480437A (zh) 2014-12-30 2015-04-01 山东昊轩电子陶瓷材料有限公司 一体成型管靶的生产方法
US20160203960A1 (en) * 2015-01-12 2016-07-14 H.C. Starck Inc. SPUTTERING TARGETS AND DEVICES INCLUDING Mo, Nb, and Ta, AND METHODS
CN105063558B (zh) 2015-08-17 2017-09-12 金堆城钼业股份有限公司 一种Mo‑Ta合金靶材的制备方法
CN105714253B (zh) * 2016-03-10 2017-11-24 洛阳爱科麦钨钼科技股份有限公司 大尺寸、细晶钼钽合金溅射靶材的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207941A (zh) * 2017-07-05 2019-01-15 日立金属株式会社 MoNb靶材
CN109207941B (zh) * 2017-07-05 2020-09-29 日立金属株式会社 MoNb靶材

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