濺射靶材是指通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜設備在適當工藝條件下濺射沉積在基板上形成各種功能薄膜的濺射源。濺射靶材廣泛應用于裝飾、工模具、玻璃、電子器件、半導體、磁記錄、平面顯示、太陽能電池等眾多領域，不同領域需要的靶材各不相同。濺射靶材根據成分可以分為純金屬靶材、合金靶材、氧化物靶材、硅化物靶材等多個品種；根據生產方法可以分為粉末靶、熔煉靶和噴涂靶；按照形狀可以分為平面靶材和管狀靶材，平面靶材又可以分為矩形靶和圓弧靶，圖1展示了幾種不同形狀的濺射靶材。
一、廣泛的應用前景和巨大的市場潛力
近年來，隨著電鍍和化學鍍等傳統表面改性技術的局限性日益突出,以物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)為主要工藝方法的真空鍍膜技術取得了突飛猛進的發展，其中PVD制備過程所需要的濺射靶材市場需求量日趨旺盛。據統計，全球范圍內靶材的市場需求量每年以20％的速度增長，中國作為全球制造業大國，其靶材的市場需求量更是每年以超過30％的速度增長。若不計貴金屬靶材，保守估計目前每年各領域所需要的靶材總量價值約100億元人民幣左右。
1、裝飾鍍膜
裝飾鍍膜主要是指手機、手表、眼鏡、衛生潔具、五金零件等產品的表面鍍膜，不僅起到美化色彩的作用，同時也具有耐磨、耐蝕等功能。人民生活水平的不斷提高，要求越來越多的日常用品進行裝飾性鍍膜，因此裝飾鍍膜用靶材的需求量日益擴大。裝飾鍍膜用靶材主要品種有：鉻(Cr)靶、鈦(Ti)靶、鋯(Zr)、鎳(Ni)、鎢(W)、鈦鋁(TiA1)、不銹鋼靶等。
2、工模具鍍膜
工模具鍍膜主要是用于工具、模具的表面強化，能顯著提高工具、模具的使用壽命和被加工零件的質量。近年來，在航空航天和汽車產業發展的帶動下，全球制造業的技術水平和生產效率有了長足進步，對高性能刀具、模具的需求量日益增加。目前，全球工模具鍍膜市場主要在歐美和日本。據統計，發達國家機加工用刀具的鍍膜比例已超過90％ 。我國刀具鍍膜比例也在不斷提升，刀具鍍膜用靶材的需求量日益擴大。工模具鍍膜用靶材主要品種有：TiAl靶、鉻鋁(CrA1)靶、Cr靶、Ti靶等。
3、玻璃鍍膜
靶材在玻璃上的應用主要是制作低輻射鍍膜玻璃，即利用磁控濺射原理在玻璃上濺射多層薄膜，以達到節能、控光、裝飾的作用。低輻射鍍膜玻璃又稱節能玻璃，近年來，隨著節能減排和改善人們生活質量需求的增加，傳統的建筑玻璃正逐漸被節能玻璃所取代。正是在這種市場需求的推動下，目前幾乎所有的大型玻璃深加工企業都在快速增加鍍膜玻璃生產線。與此相對應，鍍膜用靶材的需求量快速增長，靶材主要品種有：銀(ag)靶、Cr靶、Ti靶、鎳鉻(NiCr)靶、鋅錫(ZnSn)靶、硅鋁(Sia1)靶、氧化鈦(Ti O )靶等。
靶材在玻璃上的另一個重要應用是制備汽車后視鏡，主要是鉻靶、鋁靶、氧化鈦靶等。隨著汽車后視鏡檔次要求的不斷提高，很多企業紛紛從原來的鍍鋁工藝轉成真空濺射鍍鉻工藝。
4、電子器件鍍膜
電子器件鍍膜主要用于薄膜電阻和薄膜電容。薄膜電阻可以提供10～1000M Q電阻，而且電阻溫度系數小、穩定性好，可以有效減小器件的尺寸。
薄膜電阻用靶材有NiCr靶、鎳鉻硅(NiCrSi)靶、鉻硅(CrSi)靶、鉭(Ta)靶、鎳鉻鋁(NiCrA1)靶等。
5、磁記錄鍍膜
21世紀是經濟信息化、信息數字化的高科技時代。信息超高密度儲存和高速傳輸的要求，推動信息高技術的進一步發展。先進的電子計算機和獲取、處理、存儲、傳遞各種信息的自動化設備都需要儲存器，信息存儲包括磁信息存儲、磁光信息存儲和全光信息存儲等。磁存儲器如磁盤、磁頭、磁鼓、磁帶等是利用磁性材料的鐵磁特性實現信息存儲的。濺射薄膜記錄用的靶材包括C r基、鈷(CO)基、鈷鐵(CoFe)基、Ni基等合金。
6、平面顯示鍍膜
便攜式個人計算機、電視、手機等對平板顯示器件需求急劇增長的刺激，極大地促進了各類平板顯示器件的發展。平板顯示器種類有：液晶顯示器件(LCD)、等離子體顯示器件(PDP)、薄膜晶體管液晶平板顯示器(TFT—LCD)等。所有這些平板顯示器件都要用到各種類型的薄膜，沒有薄膜技術就沒有平板顯示器件。平板顯示器多由金屬電極、透明導電極、絕緣層、發光層組成，為了保證大面積膜層的均勻性，提高生產率和降低成本，濺射技術越來越多地被用來制備這些膜層。平面顯示鍍膜用靶材主要品種有：Cr靶、鉬(Mo)靶、Al靶、鋁合金靶，銅(CU)靶、銅合金和摻錫氧化銦(IT0)靶材等。
7、半導體鍍膜
信息技術的飛速發展，要求集成電路的集成度越來越高，電路中單元器件尺寸不斷縮小，元件尺寸由毫米級到微米級，再到納米級。每個單元器件內部由襯底、絕緣層、介質層、導體層及保護層等組成，其中，介質層、導體層甚至保護層都要用到濺射鍍膜工藝，因此濺射靶材是制備集成電路的核心材料之一。半導體鍍膜用靶材主要品種有w、鎢鈦(wTi)、Ti、Ta、A1、Cu等，要求靶材純度很高，一般在4N或5N以上，因此半導體鍍膜用靶材價格昂貴。
8、太陽能電池鍍膜
隨著傳統石化燃料能源的日益減少，全世界都把目光投向了可再生能源，太陽能以其獨有的優勢成為人們重視的焦點，主要是把太陽光能轉換為熱能和電能。其中光一電轉換是通過光電效應直接把光能轉換成電能的太陽能電池來完成，目前，太陽能電池已經發展到了第三代。第一代是單晶硅太陽能電池，第二代是非晶硅和多晶硅太陽能電池，第三代是薄膜太陽能電池(銅銦鎵硒[C IGs]為代表)，而濺射鍍膜工藝是被優先選用的制備方法。全球低碳經濟的興起，為新能源、新材料的發展提供了廣闊前景，全球各大靶材供應商都將太陽能電池鍍膜用靶材作為重要的研發產品，太陽能電池鍍膜正以爆炸式的方式增長。以2005年太陽能電池裝機量為基準，年遞增率分別為23％、40％、67％預估，至2016年每年太陽能電池的裝機量如圖2所示。太陽能電池鍍膜用靶材主要品種有：氧化鋅鋁(AzO)靶、氧化鋅(ZnO)靶、鋅鋁(ZnA1)靶、鉬(Mo)靶、硫化鎘(CdS)靶、銅銦鎵硒(CulnGaSe)等。
二、 國外濺射靶材的發展狀況
濺射鍍膜技術起源于國外，所需要的濺射材料—— 靶材也起源發展于國外。靶材因其應用性較強，研制生產集中在國外的靶材公司，表1列舉了全球濺射靶材的主要制造商。國外知名的公司技術力量很強，產品質量過硬，生產品管控制嚴格，這些企業在技術垂直整合上做得極其完備，從鍍膜靶材制造到薄膜元件制造都是其技術垂直整合的方向，既生產鍍膜靶材，也積極拓展靶材在各種不同鍍膜方面的應用市場。到目前為止，國外知名靶材公司，在靶材研發生產方面已有幾十年的積淀。日本、美國和德國是世界上鍍膜靶材制造的先導國家，據統計從1990年到1998年之間，世界各國在美國申請的靶材專利數量中，日本占58％、美國為27％、德國為11％。國外知名靶材公司引領著國際靶材技術方向，也占據著世界大部分靶材市場。
濺射靶材的制備工藝主要包括熔煉鑄造法和粉末燒結法，圖3展示了濺射靶材生產工藝流程。常用的熔煉方法有真空感應熔煉、真空電弧熔煉和真空電子轟擊熔煉等。與粉末法制備的合金相比，熔煉合金靶材的雜質含量(特別是氣體雜質含量)低，且能高密度化、大型化。但是，對于熔點和密度相差都很大的2種或2種以上金屬，采用普通的熔煉法一般難以獲得成分均勻的合金靶 材。而粉末冶金工藝具有容易獲得均勻細晶結構、節約原材料、生產效率高等優點，粉末冶金法制備靶材時，其關鍵在于選擇高純、超細粉末作為原料；選擇能實現快速致密化的成形燒結技術，以保證靶材的低孔隙率，并控制晶粒度；制備過程嚴格控制雜質元素的引入。常用的粉末冶金工藝包括熱壓、真空熱壓和熱等靜壓(HIP)等。新型合金靶材的開發，往往需要研制一些特殊工藝，如半熔融燒結法和還原擴散法以及噴霧成形法等，圖4是日本神戶特制鋼所噴霧成形裝置示意圖。
三、我國濺射靶材的現狀與問題
1、現狀
濺射靶材在我國是一個較新的行業，從這個行業興起至今，我國濺射靶材的技術及市場方面都取得了長足進步。從技術角度看，我國鍍膜研究起步于20世紀60年代，為發展膜科技，國家計委、國家科委、國家自然科學基金委及地方政府相關部門從戰略高度持續地支持鍍膜及所用材料的發展，積淀了相應的科學技術，我國已成功開發出不同領域應用的靶材，創造了良好的靶材研發基礎和產業化條件，并形成了一些產業。例如，在裝飾行業用的Cr、Ti、Zr、TiAl等靶材，工具鍍膜用的TiAl靶、Cr靶、Ti靶等，玻璃鍍膜用的Cr靶、Ti靶、NiCr靶。從市場角度看，近年來，隨著鍍膜領域的飛速發展，大型合資或獨資靶材企業在我國大量涌現，表2列舉了我國主要的濺射靶材制造商。中國已逐漸成為世界上靶材的最大需求地與使用地之一，特別是在工模具、玻璃、磁記錄、平面顯示、半導體和太陽能等高端領域，如模具、高性能刀具、低輻射鍍膜玻璃、磁記錄存儲、平面顯示器、半導體集成電路、太陽能薄膜電池方面等。
2、存在的問題
與國際靶材公司相比，我國靶材企業起步較晚；同國際靶材先進的水平相比，我國靶材技術與產業水平還存在較大的差距。雖然我國各種小靶材公司很多，但還沒有一個專業化并有一定規模的靶材公司在全球高端靶材市場占有一席之地。目前，工模具、玻璃、磁記錄、平面顯示、半導體、太陽能等高端應用市場，還主要被歐美或日本的靶材公司所壟斷。靶材的產品特點是多品種、小批量、生產周期長，產品發展趨勢是向著更高純度、更高密度、更大尺寸的方向發展。因此，靶材生產商要有相當的材料創新開發能力，來研發各種各樣的靶材產品。我國靶材公司大多發展時間很短，創新能力難以滿足靶材的迅速發展及變化需求，技術問題、人才問題、國際競爭問題都限制了產業的發展，影響了布局的拓展。
首先，在技術方面，我國濺射靶材企業在產品品種、制備工藝、應用等方面都面臨巨大挑戰。市場的快速發展，對產品品種要求越來越多，更新換代也越來越快，對傳統工藝也提出更高要求，需要引人新工藝制備靶材，最終解決尺寸、平整度、純度、雜質含量、密度、氮／氧／碳／硫(N／O／C／S)、晶粒尺寸與缺陷控制、表面粗糙度、電阻值、異物(氧化物)含量與尺寸、導磁率等問題。在應用方面，靶材利用率需要得到提高；此外，還需要解決濺射過程中微粒飛濺的問題。如圖5濺射靶材生產示意圖所示，濺射過程中濺射靶受轟擊時，由于靶材內部孔隙內存的氣體突然釋放，有可能會造成大尺寸的靶材顆粒或微粒飛濺，成膜之后膜材受二次電子轟擊時也可能會造成微粒飛濺。這些飛濺微粒的出現，會降低薄膜品質，所以微粒飛濺的問題需 要得到解決。
其次，我國濺射靶材產業發展時間短，人才積累不足。面對強大的國際競爭，濺射靶材產業尤顯專業人才匱乏。靶材的研制主要是在企業內實施，各靶材公司為在競爭中取得優勢，技術均高度保密，所以該行業專業化很強，人才選擇局限于為數不多的靶材公司內部。高校及科研院所開展濺射靶材基礎研究及應用研究較少，時間也較短，研究力度也沒有靶材公司深入，因此培養的人才無論是在數量上還是水平上都略顯不足。
再次，我國濺射靶材業面臨的市場競爭日益激烈。國外企業的成本較高，這為中國制造的靶材提供了良好的進入國際市場的機會；但是隨著全球制造中心向中國的轉移，國外靶材供應商考慮到價格較高和交期較長的影響，他們希望靶材本土化供應，紛紛在中國建立加工廠，一方面在國際競爭中保持及提高優勢，另一方面搶占中國市場，這就使得國內靶材業面臨更激烈的競爭。
四、提高我國濺射靶材產業競爭力的對策和建議
我國濺射靶材產業要增強核心競爭力，需要加強基礎研究和應用研究，重視人才培養、得到政策支持。
1、基礎研究和應用研究方面
迎接濺射靶材巨大產業化機遇，縮小國內外濺射靶材的差距，首先需在產品、工藝、應用上突破技術瓶頸。
但作為新興的蓬勃發展的靶材產業及真空鍍膜產業，必然會遇到各種各樣的科學技術難題。攻克靶材產業及真空鍍膜產業發展過程中遇到的科學技術難題，可以采用自主研發和國外引進相結合的方法。但由于靶材產業及真空鍍膜產業科學技術更新換代較快，國外對核心科學技術設置技術壁壘，引進難度很大；另外國內外設備、技術、人員情況有或多或少的差異，引進的科學技術也不能完全照搬，必須經過消化、吸收才能轉化成適用的技術。這就需要一個平臺，增加研發投入及支持力度，凝聚一批專家，通過堅持不懈的研究努力，創造出切實可行、經 濟適用的材料解決方案。
研制靶材，既要重視應用研究，也要重視基礎研究。沒有應用研究就沒有產出，就不能創造效益，因此在企業內需要加強應用研究的力度。基礎研究取得成果所需周期較長，且不能直接帶來經濟效益，難以滿足企業要求見效快、追逐利潤的目標。但如果缺乏基礎研究，應用研究的發展就會遇到一定的研發瓶頸，從而限制應用研究的發展。這就需要國家及地方給予扶持，資助企業建立靶材重點實驗室，搭建專業化研發平臺，集中優勢資源，保障研發資源專用，產學研開放合作，積極推進科技成果產業化，使得基礎研究及應用研究取得雙豐收。
2、人才方面
企業競爭關鍵是人才，為吸引更多人才，在政策上，需要提高靈活性，多種方式并存。為激發研究人員的積極性，企業內部可以在體制上加強激勵機制，設立專門的資金，對作出突出貢獻的科研人員予以獎勵。
3、政策方面
濺射靶材目前最主要的市場在國外，要與國外靶材供應商競爭，我國濺射靶材企業需得到國家在進出口政策上的扶持。自金融危機后，國際貨幣戰日趨激烈，人民幣雖有小幅升值，但升值壓力仍然很大，而美元、歐元等貨幣均有不同程度的貶值，這使得國產靶材的價格優勢在降低。在進出口政策上，如果國家對靶材產品給予適當退稅，鼓勵靶材產品出口，必將加大靶材出口產品的競爭優勢，推動靶材產業 的發展。
五、濺射靶材行業的展望
濺射靶材在國際、國內市場都呈現出快速增長的勢頭，規模應用和產業化時代已經到來。靶材產業發展的趨勢首先是市場分化，技術含量較低的產品將逐漸面臨更為激烈的競爭。眾多小型靶材公司具有靈活的機制、低廉的生產成本，這將使得低端靶材市場形成價格戰為主的模式；而靶材在磁記錄、半導體、太陽能等高端產業的市場，將會繼續呈現技術引領的態勢，國內外技術 先進的靶材供應商將在競爭中占有絕對優勢，鍍膜廠家對靶材供應商將具有更強的依賴性。
濺射靶材將會呈現不同應用領域發展不均衡的狀況。在裝飾鍍膜行業，鍍膜廠家產品轉型，濺射靶材產能相對飽和，增長空間有限。工具鍍膜行業，國外靶材公司將會穩步增長，但速度不會太快；而國內靶材公司由于高端鍍膜市場工具鍍膜用靶材處于開發階段，隨著產品開發成功，國產靶材的價格優勢將會為國內靶材廠家贏得一定市場。磁存儲行業，規模將繼續擴大，磁記錄用靶材也會蓬勃發展，國際國內市場都會有較大增長。半導體行業所需靶材品種繁多，每一種用量都很大，國外技術成熟，研發力量雄厚，將在很長一段時間內處于引領地位。太陽能行業發 展潛力巨大，未來5～10年內，將會掀起一場新的綠色能源產業革命。可以預計，太陽能光伏發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。隨著太陽能行業進一步爆炸式增長，太陽能電池用濺射靶材將會迎來新一輪大規模增長。
濺射靶材的發展，將形成技術與服務決定企業成敗的局面。技術力量雄厚，研發產品品種多并具有幾種特有產品的靶材公司，會在市場競爭中取得話語權。規模的擴大，使銷售過程對資金的要求提高，資金占用量加大，周轉時間變長，這些都對靶材企業運營管理提出更高挑戰。鍍膜行業的擴大及發展，將會使得該行業競爭愈演愈烈，對靶材供應商的產品服務要求更高。售前售后服務好的靶材供應商，將會受到鍍膜廠家的青睞。
提高濺射靶材利用率也是靶材發展的趨勢。常規的長方體形和圓柱體形磁控濺射靶為實心的，是以圓環形永磁體在靶材表面建立環形磁場，在軸問等距離的環形表面形成刻蝕區，因而影響沉積薄膜厚度的均勻性，靶材的利用率僅為20％～30％。國內外正在推廣應用的旋轉圓柱磁控濺射靶是空心圓管，它可圍繞固定的條狀磁鐵組件旋轉，可360。均勻刻蝕靶面，靶材利用率高達80％。
隨著低碳經濟的興起，節能環保是企業發展需要考慮的戰略要素。靶材服務于節能環保行業，就行業本身而言也需要一個節能環保的生產環境，一方面這是順應整個行業發展的需求，另一方面也是樹立企業形象、贏得客戶信心的保障。國內現有的小型靶材生產廠，須加以設備及作業環境改造，否則不僅規模難以發展起來，甚至還會面臨關閉的風險。
總的來說，靶材行業前景廣闊。鍍膜產業的快速擴大及市場需求的急劇膨脹，無疑將帶動靶材市場的快速發展。此外，靶材所屬的新材料領域，目前已經得到了國家的高度重視和大力支持。在鍍膜市場需求增多、國家扶持力度加大的情況下，一批靶材企業將會迅速成長起來，成為靶材行業的引領者，帶動行業的發展，創造可觀的經濟效益和社會效益。
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巨偉鈦業手機網
