显示器是如今日常办公、娱乐不可或缺的一部分，它是人们与机器之间交互的窗口，随着显示器技术的不断发展，人们对显示器的性能也提出了更高的要求，如大尺寸、柔性、低辐射、低能耗等方面。

目前，金属氧化物半导体因具备迁移率良好、稳定性高、均匀性高、制造成本低等优点，被认为是可能取代硅基薄膜晶体管的新一代沟道层半导体材料。在平板显示领域，特别是在超高清，柔性显示以及印刷显示等新型显示技术方面具有巨大的应用潜力。现阶段，铟镓锌氧化物（IGZO材料）作为最早被研究的金属氧化物半导体材料，在国际上已经被LG、SHARP以及Apple等多家公司产品化。

随着柔性AMOLED显示行业的高速发展，对于高附加值的锢产品——高性能IGZO陶瓷靶材的需求正日益增长。可我国虽然铟资源丰富，但却缺乏对铟产品深加工的能力，现在IGZO的原始材料专利以及靶材供应均被日本和韩国公司掌握。在这种情况下，对氧化物半导体溅射靶材制造及其上游产品IGZO粉末进行系统研究，将有助于对我国半导体相关行业提供技术支持，也是提升自身在国际平板显示领域竞争力的必然任务。

一、IGZO材料特性

IGZO是铟、镓、锌、氧首字母的缩写，全称为铟镓锌氧化物，1995年由日本细野秀雄小组发布。作为一种具有代表性的透明金属氧化物半导体材料，IGZO禁带宽度在3.5eV左右，是一种n型半导体材料，有较高的电子迁移率，最突出的优点是在原子排列无序的情况下仍然保持着较高的载流子迁移率。

应用于TFT沟道层的IGZO薄膜

根据其特性，IGZO在实际生产中可以用来制备柔性屏，即使屏幕弯曲也能保持较高的电子迁移率。可以说，IGZO这类非晶金属氧化物非常适合用来当作TFT的有源沟道层材料，具有良好的电子输运特性、弯曲性能和光照的稳定性。

在2002年时，夏普就首次成功地将IGZO技术运用于LCD面板的量产。该技术以高分辨率的图像质量和超低功耗著称，其迁移率高，开关性能好，透明及制造工艺简单的优势，都有利于实现手机高清显示及驱动有机发光二极管(OLED)器件。随后，日本索尼、韩国LG、三星电子以及台湾友达光电(AUO)等大型面板厂商纷纷加大氧化物TFT的开发力度。2010年底，AUO和三星SDl分别推出65英寸和70英寸的IGZO-TFT面板，并成功用于驱动液晶显示。国内京东方公司研制出以氧化物TFT背板技术为基础的65英寸全球最大尺寸超高清氧化物显示屏。同时，华星光电、龙腾光电等也在加大IGZO氧化物TFT技术投入。

TCL华星带来的全球首款17英寸IGZO IJP OLED折叠屏

二、IGZO粉体的制备

陶瓷靶材的制备流程中，物相纯度、粉末颗粒度和粉末颗粒形状是判断原料粉末质量是否优良的三项基础指标。一般来说，原料粉末纯度越高，制得的靶材所含杂质就越少，性能就越好也越稳定；原材料粉末的颗粒度越小，其表面活性越高，靶材的烧结活性就越高，靶材就越致密，靶材的体密度就越大；原料粉末的颗粒形状越规则，靶材制备过程中发生的固相反应就越完全，靶材的成分及结构就越均匀。所以IGZO粉末的品质直接制约着所制得的靶材的性能。

IGZO造粒粉SEM图

目前较为常用的粉体制备方法包括固相化学反应法、化学气相沉积法、微乳液法、沉淀法、水热法等。

1、固相化学反应法

有固相参与的反应都称之为固相化学反应，发生化学反应的前提是参与反应的固相相互接触同时接触区域温度较高，能发生明显的扩散。固相化学反应法制备粉体有一些优点，如设备简单、成本低、产率高。但是可能存在反应不完全、制各的粉体粒径大小及均匀性不易控制等问题。

2、化学气相沉积法

化学气相沉积法是指利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物的方法。该方法制备的粉体有良好的分散性和均匀性，并且粉体的纯度高、形貌可控。另外，相关设备比较昂贵且复杂不易操作，不便于大批量生产。但是随着科技的进步以及自动化程度的加深，这些限制有望得到改善。

3、溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是指在液相状态下将含化合物均匀混合，并进行水解．聚合反应形成均匀的溶胶，经陈化聚合转化为凝胶，再经过干燥和烧结，最终得到粉体的制备方法。溶胶凝胶法组分扩散是在纳米范围，容易混合均匀，使反应更加容易进行。该制备方法有出粉率高、温度较低、尺寸大小容易控制等优点。但是不易分离，容易引起粉体团聚。

4、微乳液法

微乳液通常是在表面活性剂作用下，由不相容的溶剂形成稳定状态的乳液。微乳液法能够避免颗粒之间团聚现象的发生，得到分散性和界面性好的纳米离子。这种方法制备的粉末大多为球形粉末，但是制备过程成本较高且不利于环保。

5、沉淀法

沉淀法是指向溶解后的金属离子溶液中添加沉淀剂，将金属离子转化为难溶物从溶液中分离出来。沉淀法有操作简单、反应时间短、设备要求低、易于工业化生产等优点。

6、水热法

水热法是把金属溶解后得到的离子溶液置于封闭的高温高压条件下的反应釜中进行反应。通过调节反应釜的加热温度和时间来制备粉体。水热法可以避免进行更高温度的煅烧就可直接制备纳米粉体，并且还能减少粉体的团聚。但此法设备较为昂贵，成本较高。

三、陶瓷靶材的烧结工艺

烧结是IGZO陶瓷靶材制备过程中的关键环节，是实现IGZO陶瓷压坯从物理结合到冶金结合的转变，以下是应用最广泛的几种烧结方法的优缺点描述。

IGZO陶瓷靶材的性能要求

1、常压气氛烧结工艺

常压气氛烧结是使生坯在一定的流通气氛下和一定的温度下保温，通过调节升温速率、烧结温度、保温时间和流通气氛，最终得到致密度较高、低电阻率和均匀晶粒分布的IGZO靶材烧结体。具有设备易操作、工艺简单、成本低、能烧结大尺寸靶材，但是常压气氛烧结法由于没有外力协助，需要粉体具有较高的烧结活性。

2、热等静压烧结工艺

热等静压烧结是在等静压的同时高温烧结，其工艺过程是先将粉末预压成生坯，使用金属或者玻璃等包套材料将其包覆，以惰性气体作为压力传递介质，在高温烧结的同时进行压制，最终得到高致密度靶材。对于靶材的常压气氛烧结工艺来说，由于烧结的同时施加了等静压作用力，降低了烧结致密化温度，从而抑制了靶材烧结体的晶粒长大，但是存在设备昂贵、操作复杂、生产成本高、不能制备大尺寸靶材等缺陷。

3、热压烧结工艺

热压烧结将陶瓷坯体在加热至接近其熔点，对物料坯体施加作用力，以达到加速气孔排出，提高靶材烧结体致密化过程。由于外力的施加提高了致密化速率，相比常压气氛烧结法烧结温度低200"--400 oC，但缺点是模具制备成本高、寿命短，且生产效率低、靶材烧结体晶粒大小不均匀、无法生产大尺寸靶材等。

4、放电等离子烧结工艺

放电等离子烧结是将粉末装入石墨质模具中，对粉末施加特定的压制压力和烧结电源，经放电活化、热塑变形等步骤，来制备高致密度靶材的技术。该技术具有升温速率快、靶材致密度高、可以有效控制靶材烧结体中晶粒长大等优点。

5、微波烧结工艺

微波烧结技术是利用微波的特殊波段与材料的细微结构耦合产生热量，使材料加热至烧结温度而使材料发生致密化的烧结方法。微波加热烧结具有温度场均匀、能量利用率高、升温速率快、烧结时间短、晶粒大小均匀等特点。

四、总结

IGZO材料作为极有前景的透明氧化物半导体材料，对信息化产业产业发展有着极其重要的作用。因此加强对相关原料制备工艺的研究，能为制备高质量的IGZO靶材奠定良好的基础，对加快IGZO产业建设具有重要意义。

资料来源：

滕晓朋. IGZO粉体的制备及共沉淀工艺研究[D]. 河南:郑州大学,2022.

梁朋. IGZO氧化物靶材的制备及性能研究[D]. 河南:郑州大学,2019.

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