ZAO透明导电氧化靶材的制备、物化结构及性能研究-电路与系统专业论文.docxVIP

i万方数据 i 万方数据 摘要 摘 要 以纳米级 ZnO 和 Al2O3 为基础粉料，经过机械混合获得混合 ZAO 粉末，采用干 压＋常压固相烧结的方法制备了透明导电材料——ZnO:Al（ZAO）靶材。研究了成 型压力、烧结工艺（包括烧结温度、烧结时间、升温速度和降温方式）以及 Al2O3 掺 杂含量对 ZAO 靶材的微观组织、相结构、致密度、机械性能和电性能的影响。借助 差热－热重分析、SEM、X 射线衍射、显微硬度测试和电阻率测试等分析手段对能够 表征 ZAO 靶材的主要性能进行测试。寻求工艺与靶材性能之间的规律以期获得最佳 制备工艺参数。 结果表明：当成型压力在 120MPa～150MPa 之间，ZAO 靶材可以获得较高的致 密度和室温硬度，而且导电性也较好。要使靶材致密化程度良好、烧结充分，烧结温 度需在 1300℃左右，烧结时间至少需要 6h。过高的烧结温度或过长的烧结时间都会 引起晶粒长大，造成靶材机电性能下降。适当的升降温速度能起到提高靶材致密度、 细化靶材晶粒的效果。对于室温电阻率只需要在 1250℃下烧结 5h，即可达到最低值 ×10－2Ω·cm。Al O 掺杂能降低 ZAO 靶材烧结初始温度，促进烧结进程。当 2 3 Al2O3 的掺杂含量超过 3wt％时，会超过其在 ZnO 中的固溶限，以致产生第二相，造 成室温电阻率的急剧增大和致密度的减小，试验结果符合也已有的掺杂理论。此外， 对各靶材样品的 XRD 和 SEM 分析结果还发现：烧结温度偏低、烧结时间过短容易 出现靶材烧不透的现象；烧结温度过高或烧结时间过长都会导致晶粒粗大，伴生第二 相的成核和异常长大。这两种不合适的烧结情况都会对靶材致密度、室温电阻率以及 硬度产生不利影响。 通过本实验制备工艺所得到的靶材在致密度和室温电阻率上均能满足磁控溅射 用靶要求，与同领域内其他制备工艺相比性能接近，但所需设备更简单、工艺控制更 容易、制备成本更低廉。 关键词：ZAO 靶材；成型压力；常压烧结 ；掺杂含量；性能 AB ABSTRACT ii万方数据 ii 万方数据 ABSTRACT Aluminum doped zinc oxide, abbreviated as ZAO, compound nano-powder is made by Al2O3 mechanically-mixed in zinc oxide. ZAO sputtering target is prepared by pressureless solid-state sintering after molding pressing in the air. The emphases of experiments include three parameters of preparing ZAO target: molding pressure、 sintering rules （are made up of sintering temperature and sintering time, speed of temperature-rising and temperature-falling mode ）、 Al2O3-doping content. And these preparation parameters have greatly affected the main properties of ZAO target, such as microstructure、phase structure、relative density、mechanical properties and electric properties. The main properties of ZAO target are investigated systematically by various experimental methods of DT-TG analysis、SEM、X-ray diffraction technique and resistivity test of four-probes method. The optimum preparing parameters were obtained by investigating the relationship between the three parameters and the main properties of ZAO targets. The experiments indicate that ZAO target can acquire higher