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(shè)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(lǐng)域，不同領(lǐng)域需要的靶材各不相同。濺射靶材根據(jù)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(jù)生產(chǎn)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(tǒng)表面改性技術(shù)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(shù)取得了突飛猛進的發(fā)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(jù)統(tǒng)計，全球范圍內(nèi)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(yè)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(lǐng)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(wèi)生潔具、五金零件等產(chǎn)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(zhì)量。近年來，在航空航天和汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動下，全球制造業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)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(jù)統(tǒng)計，發(fā)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(jié)能、控光、裝飾的作用。低輻射鍍膜玻璃又稱節(jié)能玻璃，近年來，隨著節(jié)能減排和改善人們生活質(zhì)量需求的增加，傳統(tǒng)的建筑玻璃正逐漸被節(jié)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(yè)都在快速增加鍍膜玻璃生產(chǎn)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(yè)紛紛從原來的鍍鋁工藝轉(zhuǎn)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(shù)小、穩(wěn)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(jīng)濟信息化、信息數(shù)字化的高科技時代。信息超高密度儲存和高速傳輸?shù)囊?，推動信息高技術(shù)的進一步發(fā)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(shè)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(xiàn)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(fā)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(shù)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(fā)光層組成，為了保證大面積膜層的均勻性，提高生產(chǎn)率和降低成本，濺射技術(shù)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(shù)的飛速發(fā)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(nèi)部由襯底、絕緣層、介質(zhì)層、導體層及保護層等組成，其中，介質(zhì)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(tǒng)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(yōu)勢成為人們重視的焦點，主要是把太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能和電能。其中光一電轉(zhuǎn)換是通過光電效應直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池來完成，目前，太陽能電池已經(jīng)發(fā)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(yōu)先選用的制備方法。全球低碳經(jīng)濟的興起，為新能源、新材料的發(fā)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(fā)產(chǎn)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(fā)展狀況

濺射鍍膜技術(shù)起源于國外，所需要的濺射材料—— 靶材也起源發(fā)展于國外。靶材因其應用性較強，研制生產(chǎn)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(shù)力量很強，產(chǎn)品質(zhì)量過硬，生產(chǎn)品管控制嚴格，這些企業(yè)在技術(shù)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(shù)垂直整合的方向，既生產(chǎn)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(fā)生產(chǎn)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(jù)統(tǒng)計從1990年到1998年之間，世界各國在美國申請的靶材專利數(shù)量中，日本占58％、美國為27％、德國為11％。國外知名靶材公司引領(lǐng)著國際靶材技術(shù)方向，也占據(jù)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(jié)法，圖3展示了濺射靶材生產(chǎn)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(zhì)含量(特別是氣體雜質(zhì)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(jié)構(gòu)、節(jié)約原材料、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，粉末冶金法制備靶材時，其關(guān)鍵在于選擇高純、超細粉末作為原料；選擇能實現(xiàn)快速致密化的成形燒結(jié)技術(shù)，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(zhì)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(fā)，往往需要研制一些特殊工藝，如半熔融燒結(jié)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(xiàn)狀與問題

1、現(xiàn)狀

濺射靶材在我國是一個較新的行業(yè)，從這個行業(yè)興起至今，我國濺射靶材的技術(shù)及市場方面都取得了長足進步。從技術(shù)角度看，我國鍍膜研究起步于20世紀60年代，為發(fā)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(guān)部門從戰(zhàn)略高度持續(xù)地支持鍍膜及所用材料的發(fā)展，積淀了相應的科學技術(shù)，我國已成功開發(fā)出不同領(lǐng)域應用的靶材，創(chuàng)造了良好的靶材研發(fā)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化條件，并形成了一些產(chǎn)業(yè)。例如，在裝飾行業(yè)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(lǐng)域的飛速發(fā)展，大型合資或獨資靶材企業(yè)在我國大量涌現(xiàn)，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(lǐng)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(yè)起步較晚；同國際靶材先進的水平相比，我國靶材技術(shù)與產(chǎn)業(yè)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(yè)化并有一定規(guī)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(chǎn)品特點是多品種、小批量、生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品發(fā)展趨勢是向著更高純度、更高密度、更大尺寸的方向發(fā)展。因此，靶材生產(chǎn)商要有相當?shù)牟牧蟿?chuàng)新開發(fā)能力，來研發(fā)各種各樣的靶材產(chǎn)品。我國靶材公司大多發(fā)展時間很短，創(chuàng)新能力難以滿足靶材的迅速發(fā)展及變化需求，技術(shù)問題、人才問題、國際競爭問題都限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，影響了布局的拓展。

首先，在技術(shù)方面，我國濺射靶材企業(yè)在產(chǎn)品品種、制備工藝、應用等方面都面臨巨大挑戰(zhàn)。市場的快速發(fā)展，對產(chǎn)品品種要求越來越多，更新?lián)Q代也越來越快，對傳統(tǒng)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(zhì)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(chǎn)示意圖所示，濺射過程中濺射靶受轟擊時，由于靶材內(nèi)部孔隙內(nèi)存的氣體突然釋放，有可能會造成大尺寸的靶材顆?；蛭⒘ｏw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(xiàn)，會降低薄膜品質(zhì)，所以微粒飛濺的問題需 要得到解決。

其次，我國濺射靶材產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間短，人才積累不足。面對強大的國際競爭，濺射靶材產(chǎn)業(yè)尤顯專業(yè)人才匱乏。靶材的研制主要是在企業(yè)內(nèi)實施，各靶材公司為在競爭中取得優(yōu)勢，技術(shù)均高度保密，所以該行業(yè)專業(yè)化很強，人才選擇局限于為數(shù)不多的靶材公司內(nèi)部。高校及科研院所開展濺射靶材基礎(chǔ)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(yǎng)的人才無論是在數(shù)量上還是水平上都略顯不足。

再次，我國濺射靶材業(yè)面臨的市場競爭日益激烈。國外企業(yè)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(zhuǎn)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(yōu)勢，另一方面搶占中國市場，這就使得國內(nèi)靶材業(yè)面臨更激烈的競爭。

四、提高我國濺射靶材產(chǎn)業(yè)競爭力的對策和建議

我國濺射靶材產(chǎn)業(yè)要增強核心競爭力，需要加強基礎(chǔ)研究和應用研究，重視人才培養(yǎng)、得到政策支持。

1、基礎(chǔ)研究和應用研究方面

迎接濺射靶材巨大產(chǎn)業(yè)化機遇，縮小國內(nèi)外濺射靶材的差距，首先需在產(chǎn)品、工藝、應用上突破技術(shù)瓶頸。

但作為新興的蓬勃發(fā)展的靶材產(chǎn)業(yè)及真空鍍膜產(chǎn)業(yè)，必然會遇到各種各樣的科學技術(shù)難題。攻克靶材產(chǎn)業(yè)及真空鍍膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中遇到的科學技術(shù)難題，可以采用自主研發(fā)和國外引進相結(jié)合的方法。但由于靶材產(chǎn)業(yè)及真空鍍膜產(chǎn)業(yè)科學技術(shù)更新?lián)Q代較快，國外對核心科學技術(shù)設(shè)置技術(shù)壁壘，引進難度很大；另外國內(nèi)外設(shè)備、技術(shù)、人員情況有或多或少的差異，引進的科學技術(shù)也不能完全照搬，必須經(jīng)過消化、吸收才能轉(zhuǎn)化成適用的技術(shù)。這就需要一個平臺，增加研發(fā)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(chuàng)造出切實可行、經(jīng) 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(chǔ)研究。沒有應用研究就沒有產(chǎn)出，就不能創(chuàng)造效益，因此在企業(yè)內(nèi)需要加強應用研究的力度?；A(chǔ)研究取得成果所需周期較長，且不能直接帶來經(jīng)濟效益，難以滿足企業(yè)要求見效快、追逐利潤的目標。但如果缺乏基礎(chǔ)研究，應用研究的發(fā)展就會遇到一定的研發(fā)瓶頸，從而限制應用研究的發(fā)展。這就需要國家及地方給予扶持，資助企業(yè)建立靶材重點實驗室，搭建專業(yè)化研發(fā)平臺，集中優(yōu)勢資源，保障研發(fā)資源專用，產(chǎn)學研開放合作，積極推進科技成果產(chǎn)業(yè)化，使得基礎(chǔ)研究及應用研究取得雙豐收。

2、人才方面

企業(yè)競爭關(guān)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(fā)研究人員的積極性，企業(yè)內(nèi)部可以在體制上加強激勵機制，設(shè)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(yè)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(zhàn)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(chǎn)靶材的價格優(yōu)勢在降低。在進出口政策上，如果國家對靶材產(chǎn)品給予適當退稅，鼓勵靶材產(chǎn)品出口，必將加大靶材出口產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，推動靶材產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展。

五、濺射靶材行業(yè)的展望

濺射靶材在國際、國內(nèi)市場都呈現(xiàn)出快速增長的勢頭，規(guī)模應用和產(chǎn)業(yè)化時代已經(jīng)到來。靶材產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢首先是市場分化，技術(shù)含量較低的產(chǎn)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(chǎn)成本，這將使得低端靶材市場形成價格戰(zhàn)為主的模式；而靶材在磁記錄、半導體、太陽能等高端產(chǎn)業(yè)的市場，將會繼續(xù)呈現(xiàn)技術(shù)引領(lǐng)的態(tài)勢，國內(nèi)外技術(shù) 先進的靶材供應商將在競爭中占有絕對優(yōu)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(xiàn)不同應用領(lǐng)域發(fā)展不均衡的狀況。在裝飾鍍膜行業(yè)，鍍膜廠家產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，濺射靶材產(chǎn)能相對飽和，增長空間有限。工具鍍膜行業(yè)，國外靶材公司將會穩(wěn)步增長，但速度不會太快；而國內(nèi)靶材公司由于高端鍍膜市場工具鍍膜用靶材處于開發(fā)階段，隨著產(chǎn)品開發(fā)成功，國產(chǎn)靶材的價格優(yōu)勢將會為國內(nèi)靶材廠家贏得一定市場。磁存儲行業(yè)，規(guī)模將繼續(xù)擴大，磁記錄用靶材也會蓬勃發(fā)展，國際國內(nèi)市場都會有較大增長。半導體行業(yè)所需靶材品種繁多，每一種用量都很大，國外技術(shù)成熟，研發(fā)力量雄厚，將在很長一段時間內(nèi)處于引領(lǐng)地位。太陽能行業(yè)發(fā) 展?jié)摿薮?，未?～10年內(nèi)，將會掀起一場新的綠色能源產(chǎn)業(yè)革命?？梢灶A計，太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應的主體。隨著太陽能行業(yè)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(guī)模增長。

濺射靶材的發(fā)展，將形成技術(shù)與服務決定企業(yè)成敗的局面。技術(shù)力量雄厚，研發(fā)產(chǎn)品品種多并具有幾種特有產(chǎn)品的靶材公司，會在市場競爭中取得話語權(quán)。規(guī)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(zhuǎn)時間變長，這些都對靶材企業(yè)運營管理提出更高挑戰(zhàn)。鍍膜行業(yè)的擴大及發(fā)展，將會使得該行業(yè)競爭愈演愈烈，對靶材供應商的產(chǎn)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(fā)展的趨勢。常規(guī)的長方體形和圓柱體形磁控濺射靶為實心的，是以圓環(huán)形永磁體在靶材表面建立環(huán)形磁場，在軸問等距離的環(huán)形表面形成刻蝕區(qū)，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(nèi)外正在推廣應用的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，可360。均勻刻蝕靶面，靶材利用率高達80％。

隨著低碳經(jīng)濟的興起，節(jié)能環(huán)保是企業(yè)發(fā)展需要考慮的戰(zhàn)略要素。靶材服務于節(jié)能環(huán)保行業(yè)，就行業(yè)本身而言也需要一個節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)環(huán)境，一方面這是順應整個行業(yè)發(fā)展的需求，另一方面也是樹立企業(yè)形象、贏得客戶信心的保障。國內(nèi)現(xiàn)有的小型靶材生產(chǎn)廠，須加以設(shè)備及作業(yè)環(huán)境改造，否則不僅規(guī)模難以發(fā)展起來，甚至還會面臨關(guān)閉的風險。

總的來說，靶材行業(yè)前景廣闊。鍍膜產(chǎn)業(yè)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(fā)展。此外，靶材所屬的新材料領(lǐng)域，目前已經(jīng)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(yè)將會迅速成長起來，成為靶材行業(yè)的引領(lǐng)者，帶動行業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

相關(guān)鏈接