靶材：科技时代的“材料炼金术”，陶瓷靶材如何点石成金？

当我们在触摸手机屏幕、启动智能家电，甚至仰望天空中的卫星时，或许很少有人意识到，这些科技产品的背后，藏着一种“隐形材料”——靶材。若将芯片比作一栋摩天大楼，那靶材就是砌成它的每一块“纳米砖石”。靶材一般通过物理气相沉积（PVD）技术，将自身“熔炼”成纳米级的薄膜，附着在芯片、显示屏、光伏电池等核心部件上，从而赋予它们导电、透光、抗辐射等神奇特性。那陶瓷靶材在靶材的类目中有何特殊呢？

1 靶材是什么？

靶材是一种用于物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等薄膜制备工艺的高纯度材料，通常制成圆盘、矩形等特定形状，在真空环境下通过溅射、蒸发或离子镀等方式被轰击，使其原子或分子脱离表面并沉积在基板上形成功能性薄膜。

2 靶材的作用：

主要作用是为各类基材表面提供具有特定性能的涂层，如在半导体制造中沉积导电层（铜、铝靶）、显示面板上镀制透明导电膜（氧化铟锡靶）、工具表面增强硬度（氮化钛靶）、光伏电池制备（碲化镉靶）以及光学器件中的增透/反射膜（硅靶、二氧化硅靶）等，通过精确控制靶材成分和工艺参数，可获得满足不同工业需求的功能性薄膜，其纯度（通常99.9%-99.999%）、微观结构和结晶取向直接影响薄膜的性能质量，是现代微电子、光电子、精密机械和新能源等领域不可或缺的关键基础材料。

3 靶材的分类：

靶材根据材料成分可分为金属靶材（如铜、铝、钛等纯金属及其合金）、陶瓷靶材（如氧化物类的氧化铟锡、氮化物类的氮化钛、碳化物类的碳化硅等）、半导体靶材（如硅、锗等）以及复合靶材（如铜-石墨、银-氧化物等多元复合材料）；

金属靶材、合金靶材、陶瓷靶材、镀膜材料 图源：江阴典誉新材料科技

按应用领域则可分为显示靶材（如ITO用于液晶面板）、半导体靶材（如高纯铜用于芯片互连）、光伏靶材（如碲化镉用于太阳能电池）、工具镀膜靶材（如氮化铬用于刀具涂层）等。

这些靶材通过不同制备工艺（熔炼铸造、粉末冶金、热等静压等）加工成型，其晶粒尺寸（通常控制在10-100μm）、结晶取向（如铜靶的<111>择优取向）和致密度（≥99%）等关键参数直接影响溅射薄膜的性能，满足从微电子纳米级镀膜到工业部件微米级涂层的多样化需求。

4 陶瓷靶材在所有靶材类型中的地位

陶瓷靶材在靶材体系中占据着不可替代的核心地位，是高端功能薄膜制备的关键材料。

陶瓷溅射靶材 图源：长沙鑫康科研材料服务平台

相较于金属靶材，陶瓷靶材具有三大显著优势：

一是更优异的化学稳定性，如氧化铝靶能在高温氧化环境中保持性能，而金属靶易氧化失效；

二是更丰富的功能特性，如氧化铟锡（ITO）靶兼具透明与导电（电阻率可低至10^-4 Ω·cm），氮化钛靶（硬度＞2000 HV）赋予工具超强耐磨性；

三是更宽的禁带宽度（如氮化铝靶＞6 eV），能满足半导体、光电器件的特殊需求。

在高端应用领域，陶瓷靶材具有统治性地位——显示面板中ITO靶市占率超90%，半导体芯片制造中高介电材料（如HfO₂靶）是28nm以下制程的标配，光伏产业中碲化镉靶是薄膜太阳能电池的核心材料。

尽管其制备难度大（需解决高纯度粉体合成、高温烧结致密化等技术瓶颈），成本是金属靶的3-5倍，但在需要介电、透明、超硬等特殊功能的场景中，陶瓷靶材仍是唯一选择。

随着5G、Micro LED等新技术发展，新型陶瓷靶材（如微波介质陶瓷靶、量子点荧光陶瓷靶）的研发正推动着电子产业的技术革新。

5 我国企业在陶瓷靶材领域有哪些突破？

（1）高纯材料制备技术突破：

①6N级高纯氧化铝和氧化钇是半导体、光学镀膜、新能源等高端领域的关键材料，其纯度要求直接决定了薄膜器件的性能。例如，在OLED显示、功率器件等领域，6N级高纯氧化铝靶材可显著提升薄膜的绝缘性和透光性。

我国企业通过自主研发的提纯工艺和精密加工技术，已成功实现6N级高纯氧化铝的稳定生产，杂质含量低于10ppm，满足半导体行业对靶材纯度的严苛要求。在OLED显示领域，高纯氧化铝靶材已实现国产化替代，有效降低了对进口材料的依赖。

②氮化铝靶材的氧含量要求<50ppm，旨在降低热导率损耗，满足5G通信、新能源汽车电控系统等对散热性能的严苛需求。

通过优化氮化铝粉体的合成工艺和烧结技术，我国企业将靶材中的氧含量控制在50ppm以下，显著提升了材料的热导率和绝缘性能。该技术突破为5G基站、新能源汽车IGBT模块等高端应用提供了关键材料支撑，推动了我国在第三代半导体领域的自主可控发展。

以上这些是陶瓷靶材领域的关键技术指标，我国企业在这方面取得突破是符合行业技术发展趋势的。

（2）关键产品国产化：

①ITO靶材：郑州大学何季麟院士带队研发的“平板显示用高性能ITO靶材关键技术及工程化”项目，突破了卡脖子关键技术，形成了完整自主技术体系，实现高端应用由0到1的突破，迫使日本ITO靶材大幅降价，降幅75%以上。在郑州大学的技术支持下，河南省目前建成了完善的ITO靶材研发平台和生产线，生产的ITO靶材在国内首次成功应用于京东方高世代TFT线，完全可替代进口。

②半导体用高k介质靶材：HfO₂、ZrO₂等先进制程用靶材是半导体制造中的重要材料，成功量产这些靶材体现了我国在半导体材料领域的技术进步。我国有研新材、江丰电子等企业已实现HfO₂靶材的量产，其中有研新材于2023年宣布其HfO₂靶材通过国际设备商认证，并开始小批量供应，标志着我国在该领域的技术成熟度显著提升，但与国际龙头企业相比，在先进制程应用和市场份额上仍需突破。

（3）核心装备自主化：

2024年，国内企业成功研制出300kW大功率磁控溅射镀膜设备，其溅射速率较传统设备提升3倍以上，可实现多层复合陶瓷靶材（如Al₂O₃/ZrO₂）的连续沉积，薄膜均匀性≤3%，打破了美国、日本企业在高端镀膜设备领域的长期垄断，并已出口至韩国、中国台湾等地；同年7月，中国钢研科技集团发布首台套超大型热等静压（HIP）装备HIPEX1850，工作压力达207MPa、温度可升至2000℃，使陶瓷靶材致密度≥99.99%，氧含量降至50ppm以下，显著提升氮化铝（AlN）等材料的热导率与可靠性，相关技术已应用于国产大飞机C919发动机部件。这些突破不仅推动了陶瓷靶材在半导体、5G通信、新能源汽车等领域的规模化应用，更标志着我国在高端装备领域实现从“跟跑”到“领跑”的跨越，为全球产业链格局重塑注入中国动力。

（4）标准制定：

我国牵头制定10余项陶瓷靶材行业标准和参与3项国际标准制定，表明我国在陶瓷靶材领域的标准制定方面具有一定的话语权。

我国陶瓷靶材产业在显示面板与光伏领域已实现显著突破，市占率分别超40%和60%，其中显示面板领域依托大功率磁控溅射镀膜设备与热等静压（HIP）致密化处理系统的自主化，达成镀膜均匀性≤3%、靶材致密度≥99.99%的技术指标，光伏领域则凭借低氧含量（≤50ppm）与高热导率（如氮化铝靶材达200W/(m·K)）的靶材性能，助力异质结（HJT）电池转换效率提升；然而，在高端半导体领域，国产靶材国产化率仍仅约15%，主要受限于光刻、离子注入等关键设备依赖进口、高k介质靶材（如HfO₂）纯度与均匀性难以满足7nm以下制程需求，以及设备-材料-制造企业联合攻关机制尚未成熟等瓶颈，未来需通过500kW级镀膜设备与智能化HIP系统的研发、低缺陷密度靶材创新，以及晶圆厂与供应链企业的生态共建，加速高端靶材的国产化进程。