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ITO靶材的未来发展

ITO靶材是LCD产业链的重要一环,是基本的配套材料。近年来随着平面显示器行业的蓬勃发展,对ITO靶材的需求也大大增长。

  ITO靶材供应以日本为主

  ITO材料是一种n型半导体材料,该种材料包括ITO粉末、靶材、导电浆料及ITO透明导电薄膜。其主要应用分为:平板显示器(FPD)产业,如液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管显示器(TFT-LCD)、电激发光显示器(EL)、场发射显示器(FED)、电致有机发光平面显示器(OELD)、等离子显示器(PDP)等;光伏产业,如薄膜太阳能电池;功能性玻璃,如红外线反射玻璃、抗紫外线玻璃如幕墙玻璃、飞机、汽车上的防雾挡风玻璃、光罩和玻璃型磁盘等三大领域。
  2008年全球ITO靶材年需求量1500吨左右,价格1000美元/公斤左右,市场总量15亿美元左右。
  目前国内ITO靶材需求量约150吨。随着中国经济的发展和全球产业分工的深化,日本、我国台湾地区、韩国的许多平板显示器制造企业都将他们的制造基地移到中国大陆,未来中国大陆将成为全球最大的液晶显示器制造中心。预计2010国内ITO靶材需求量将超过500吨。
  ITO靶材的供应,主要的供应商以日本为主,其中日本能源、日本三井矿业公司、日本东曹3家厂商囊括了80%以上的ITO市场。
  国内主要生产厂家有山东威海蓝狐特种材料开发有限公司、株洲冶炼集团、柳州华锡集团有限责任公司、中色(宁夏)东方集团公司等。国内由于ITO靶材生产工艺的局限性,靶材产品尺寸小,品质不高,产品大多只能用于中、低端市场,国内高端显示器用靶材全部依赖进口。

  ITO靶材3种生产工艺各具特色

  ITO靶材的生产工艺可以分为3种:热等静压法(HIP)、热压法(HP)和气氛烧结法。各种生产工艺及其特点简介如下。
  热等静压法
  ITO靶材的热等静压制作过程是将粉末或预先成形的胚体,在800℃~1400℃及1000kgf/cm 2~2000kgf/cm 2的压力下等方加压烧结。热等静压工艺制造产品密度高、物理机械性能好,但设备投入高,生产成本高,产品的缺氧率高。
  热压法
  ITO靶材的热压制作过程是在石墨或氧化铝制的模具内充填入适当粉末以后,以 100kgf/cm 2~1000kgf/cm 2的压力单轴向加压,同时以1000℃~1600℃进行烧结。
  热压工艺制作过程所需的成型压力较小,烧结温度较低,烧结时间较短。但热压法生产的ITO靶材由于缺氧率高,氧含量分布不均匀,从而影响了生产ITO薄膜的均匀性,且不能生产大尺寸的靶。
  烧结法
  ITO靶材烧结制作法是在以铟锡氧化物共沉淀粉末或氧化铟和氧化锡混合粉末为原料,加入黏结剂和分散剂混合后,压力成型,脱脂,然后于1400℃~1600℃烧结。
  烧结法设备投入少,成本低,产品密度高、缺氧率低,尺寸大、但制造过程中对粉末的选择性很强。
大尺寸高密度是研发重点
  国外于上世纪70年代开始研制ITO靶材,主要集中于日本、美国和德国,目前已形成规模产业,主要采用冷压——— 烧结工艺成形和致密化,同时兼顾热压和热等静压工艺,以获得不同质量档次的靶材。日本在靶材制备技术和装备技术上走在世界前列,已形成了从粉末、靶材制备、镀膜到液晶显示器件制造较完整的产业链。国内于上世纪90年代初开始研制ITO靶材,主要集中在大学和科研单位,主要工艺是热压法。
  近年来,随着平板显示器尺寸大型化的发展,对ITO靶材尺寸及密度的要求也越来越高,热压设备与技术已远远不能满足其要求。因此,以烧结工艺生产大尺寸、高密度ITO靶材已成为国内各大靶材生产厂家研发的重点。
  LCD经过长时间的发展后,产品质量不断提升,成本也不断下降,对ITO靶材的要求也随之提高,因此,配合LCD的发展,未来ITO靶材发展大致有以下的趋势:
  1.降低电阻率。随着LCD愈来愈精细化发展的趋向,以及它的驱动程序不同,需要更小电阻率的透明导电膜。
  2.高密度化。靶材密度的改善直接带来的益处主要表现在减少黑化和降低电阻率方面。靶材若为低密度时,有效溅射表面积会减少,溅射速度也会降低,靶材表面黑化趋势加剧。高密度靶的表面变化少,可以得到低电阻膜。靶材密度与寿命也有关,高密度的靶材寿命较长,意味着可降低靶材成本。
  3.尺寸大型化。随着液晶模块产品轻薄化和低价化趋势的不断发展,相应的ITO玻璃基板也出现了明显的大型化的趋势,因此ITO靶材单片尺寸大型化不可避免。
  4.靶材本体一体化。如前所述,靶材将朝大面积发展,以往技术能力不足时,必须使用多片靶材拼焊成大面积,但由于接合处会造成镀膜质量下降,因此目前大多以一体成形为主,以提升镀膜质量与使用率。未来新世代LCD玻璃基板尺寸的加大,对靶材生产厂家是一项严苛的挑战。
  5.使用高效率化。靶材使用率的提升,一直是设备商、使用者及靶材制造商共同努力的方向。目前靶材利用率可达40%,随着液晶显示器行业对材料成本要求的提高,提高ITO靶材的利用率也将是未来靶材研发的方向之一。