1、定义
靶材制造用钛方块指通过高纯度钛原料经精密熔炼、成型及加工制成的块状材料，专用于物理气相沉积（PVD）、磁控溅射等镀膜工艺中的溅射靶材。其核心要求包括：
超高纯度（≥99.995%），减少杂质对薄膜性能的影响；
均匀微观组织（晶粒尺寸≤100 μm），确保溅射膜层一致性；
高密度（≥99.5%理论密度），避免溅射过程中产生颗粒飞溅。
2、材质类型与特点
| 材质类型 | 特点与应用场景 |
| 高纯钛（HP-Ti） | 纯度≥99.995%（5N5），用于半导体、光学镀膜（如DRAM电极、AR玻璃涂层） |
| 钛合金靶材 | 如Ti-Al（含铝6%-10%），用于耐磨涂层（切削工具、航空发动机叶片） |
| 掺杂钛靶材 | 添加少量稀土（如Y、La）或非金属（B、C），改善薄膜导电性或抗氧化性（如透明导电膜） |
3、性能要求
纯度控制：
关键杂质限制：氧≤100 ppm、铁≤50 ppm、碳≤30 ppm（半导体级靶材）。
放射性元素（U/Th）≤1 ppb（用于集成电路制造）。
晶体结构：
等轴晶组织（晶粒度ASTM 6-8级），避免溅射时出现“结瘤”缺陷。
择优取向控制（如(002)织构），影响薄膜的晶体生长方向。
物理性能：
导电率≥3.0×10⁶ S/m（用于导电薄膜靶材）；
热膨胀系数（CTE）与基材（如硅片、玻璃）匹配，减少热应力。
4、执行标准
| 标准类型 | 典型标准 | 关键指标 |
| 纯度等级 | ASTM F2980（高纯钛材） | 5N5级（99.9995%），杂质元素总含量≤50 ppm |
| 微观组织 | SEMI F47（半导体靶材） | 晶粒尺寸≤100 μm，无气孔、夹杂物（SEM检测） |
| 密度测试 | ASTM B311（烧结材料密度） | 相对密度≥99.5%（阿基米德法） |
| 表面质量 | ISO 10110-7（光学表面粗糙度） | Ra≤0.05 μm（抛光后靶材表面） |
5、加工工艺与流程
核心流程：
原料提纯：
电子束熔炼（EBM）：真空环境下去除挥发性杂质（如Mg、Cl），纯度提升至99.99%。
区域熔炼（Zone Refining）：进一步提纯至5N5级，杂质分布均匀化。
成型加工：
热等静压（HIP）：钛粉在1200℃/100 MPa下致密化，消除内部孔隙。
热轧/锻造：多道次轧制（变形量≥70%）细化晶粒，控制织构取向。
热处理：
退火工艺：800-900℃真空退火2-4小时，消除残余应力并均匀晶粒。
精密加工：
线切割（WEDM）：加工靶材至精确尺寸（公差±0.1 mm）。
镜面抛光：金刚石研磨液抛光至Ra≤0.02 μm（用于光学镀膜靶材）。
关键技术挑战：
大尺寸靶材（如G6代线≥2000 mm）的均匀性控制；
超低氧含量（≤50 ppm）的稳定生产工艺。
6、关键技术
晶粒取向控制技术：
通过多向锻造+交叉轧制，实现(002)择优取向（织构强度≥3.0 MRD）。
杂质元素精准分析：
GDMS（辉光放电质谱）检测ppb级杂质，确保半导体级靶材纯度。
绑定技术：
钛靶与背板（铜/铝）的爆炸焊接或钎焊，界面结合强度≥150 MPa。
7、应用领域
| 行业 | 应用场景 | 靶材类型与规格 |
| 半导体 | 集成电路铜互连阻挡层 | 高纯钛靶（纯度5N5，尺寸300 mm×300 mm×6 mm） |
| 显示面板 | OLED阳极、TFT导电膜 | Ti-Al合金靶（Al 10%，厚度8-10 mm） |
| 光学镀膜 | 增透膜（AR）、反射镜 | 高纯钛靶（Ra≤0.02 μm，直径500 mm） |
| 工具涂层 | TiN/TiAlN耐磨涂层 | 钛靶+Al靶组合溅射，厚度15-20 mm |
8、钛靶材与其他材料靶材对比
| 材料 | 优势 | 局限性 |
| 钛靶材 | 高熔点（1668℃）、膜层致密 | 溅射速率较低（需高功率电源） |
| 铝靶材 | 成本低、溅射速率高 | 膜层硬度低（HV~200），易氧化 |
| 铜靶材 | 导电性优（用于互连） | 易与硅发生扩散，需加阻挡层 |
| 钨靶材 | 耐高温、耐磨 | 密度高（19.3 g/cm³），加工难度大 |
9、未来发展新方向
超大尺寸靶材：
开发G10.5代线（3370 mm×2940 mm）钛靶，满足8K显示面板需求。
多腔体拼接技术解决大靶材成型难题。
复合靶材设计：
钛/钽层状复合靶，一步溅射生成Ti-Ta-O阻隔层（用于3nm芯片）。
梯度成分靶材（如Ti-Al渐变），实现薄膜成分精准调控。
绿色制造技术：
废靶回收：氢化-破碎-重熔工艺，回收率≥95%。
低能耗电子束熔炼（EBM）技术，能耗降低30%。
智能化检测：
AI视觉自动识别靶材表面缺陷（微裂纹、夹杂）。
在线质谱仪实时监控熔炼过程杂质含量。
总结
靶材制造用钛方块是高端镀膜工艺的核心材料，其技术壁垒集中于超纯熔炼、精密成型及微观组织调控。未来发展方向聚焦于超大尺寸、复合结构及绿色制造，以满足半导体微缩化、显示大屏化趋势的需求。通过材料创新与工艺升级，钛靶材将在5G通信、柔性电子等新兴领域持续发挥关键作用。
