一种izo靶材前驱体及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及光电功能材料
技术领域
，具体涉及一种IZO靶材前驱体及其制备方法与应用。背景技术
透明导电氧化物(transparent conductive oxide，简称TCO)是一种重要的光电子功能材料，它对可见光具有很高的透过率，而对红外光具有很高的反射率，同时具有优良的导电性能。因此，TCO被广泛应用于太阳能电池、平板和液晶显示、发光二极管和热辐射反射镜等领域。锡掺杂氧化铟(Indiμm Tin Oxide，简称ITO)是当前应用最广泛的透明导电膜，该薄膜中氧化铟的质量含量达90％。众所周知，金属铟在地壳中含量稀少，为稀缺资源，价格昂贵；而且ITO在氢等离子体中不稳定。因此，必须开发新型的低铟含量透明导电膜来替代ITO。氧化锌原料来源丰富，价格便宜，无毒，在氢等离子体中具有很好的稳定性；是一种宽禁带半导体，对可见光具有高透过率，容易实现n型掺杂，而且经n型掺杂后的透明导电膜导电性能与ITO接近。因此，以氧化锌为基体进行掺杂的透明导电膜已经成为当前的研究重点，在很多领域有逐步取代ITO的发展趋势。
因此，需要开发一种IZO靶材前驱体，利用该IZO靶材前驱体制得的IZO靶材均匀度高。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的提供了一种IZO靶材前驱体，利用该IZO靶材前驱体制得的IZO靶材均匀度高。
本发明还提供了上述IZO靶材前驱体的制备方法。
本发明还提供了上述IZO靶材前驱体的应用。
本发明还提供了一种IZO靶材，该IZO靶材均匀度高。
本发明还提供了上述IZO靶材的制备方法。
本发明还提供了上述IZO靶材的应用。
本发明的第一方面提供了一种IZO靶材前驱体，所述IZO靶材前驱体包括以下组分：氧化铟和氧化锌；
所述氧化铟和所述氧化锌的质量比为1:0.05～0.2；
所述IZO靶材前驱体的比表面积在5m2/g至20m2/g之间。
前驱体的比表面积越高，烧结活性就越高，更容易烧结，但粉末更细，压制成型的弹性后效太大，靶材容易分层或开裂，比表面积越低，需要的烧结温度越高，更难烧结。
根据本发明的一些实施方式，所述IZO靶材前驱体的比表面积在8m2/g至12m2/g之间。
本发明的第二方面提供了一种IZO靶材前驱体的制备方法，包括以下步骤：
将铟原料液和锌原料液混合，添加pH调节剂，调节pH至7.7～8.6反应，反应完成后，固液分离，收集固相，将所述固相干燥，煅烧，得IZO前驱体；
所述反应需球磨或乳化。
ITO粉体很容易进行共沉淀得到较均匀的粉体，但是IZO(氧化铟锌)因为锌非常容易团聚，常规的共沉淀会造成氢氧化锌沉淀中包覆大量的阴离子，导致最终粉体煅烧过程中形成大的团聚体，不利于靶材的烧结。
通过对反应过程中pH的调控，降低了氢氧化锌沉淀的团聚程度，降低了阴离子的包覆，所以粉体在煅烧后还是保持了非常好的活性，非常利于烧结。
同时在反应过程中，对液体进行了强烈的乳化，使得反应过程中不产生大范围区域团聚。
根据本发明的一些实施方式，所述铟原料液包括硫酸铟、硝酸铟和氯化铟中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述铟原料液为氯化铟。
根据本发明的一些实施方式，所述锌原料液包括硫酸锌、硝酸锌和氯化锌中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述锌原料液为氯化锌。
根据本发明的一些实施方式，所述铟原料液中铟的摩尔浓度为0.05mol/L～0.3mol/L。
根据本发明的一些实施方式，所述锌原料液中锌的摩尔浓度为0.05mol/L～0.3mol/L。
盐浓度过高，会导致局部浓度过高，从而会加剧团聚。若盐浓度过低，反应速度会更慢，造成的反应生成的前驱体的比表面积值更高，不利于后续生产。
根据本发明的一些实施方式，所述pH调节剂为无机碱或碳酸盐。
根据本发明的一些实施方式，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯和一水合氨中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铯中的至少一种。
不同的碱的反应速度有差异，碱性越强，反应速度越快，控制反应程度就越难。pH的控制是关键点，但pH的控制与所加的碱有关。
通常高浓度强碱反应速度会更快，会加剧团聚，不利于靶材烧结。因此，通常选用低浓度的强碱或弱碱来实现pH的缓慢调节。
过量的沉淀剂，会使体系的pH值变高。从而造成反应出来的前驱体的分散性差。
根据本发明的一些实施方式，所述反应的温度为20℃～45℃。
根据本发明的一些实施方式，所述煅烧的温度为600℃～1500℃。
根据本发明的一些实施方式，所述煅烧的温度为1100℃～1450℃。
本发明的第三方面提供了一种IZO靶材前驱体的在制备IZO靶材中的应用。
本发明的第四方面提供了一种IZO靶材，所述IZO靶材由上述IZO靶材前驱体制备得到。
本发明的第五方面提供了一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体。
S2、将所述IZO粉体模压成型，冷等静压，得毛坯靶材；
S3、将所述毛坯靶材脱脂后烧结，即得所述IZO靶材。
根据本发明的一些实施方式，所述IZO粉体的D50为5μm～15μm。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中模压成型，压力为0.1MPa～0.8MPa。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中冷等静压，压力为200MPa～400MPa。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中脱脂的温度为400℃～700℃。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中脱脂的升温速度为0.5℃/min～2℃/min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中脱脂的升温速度为0.5℃/min～1℃/min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中烧结的温度为1000℃～1500℃。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中烧结的升温速度为0.5℃/min～5℃/min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中烧结的升温速度为2℃/min～3℃/min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中烧结的降温速度为5℃/min～10℃/min。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3中烧结的降温速度为6℃/min～7℃/min。
本发明的第六方面提供了上述IZO靶材在制备OLED显示中的应用。
本发明至少具备如下有益效果：本发明通过控制前驱体的制备方法解决了IZO靶材的均匀性问题；本发明的制备方法减少了IZO粉体的机械混合破碎工序，减少了混合破碎过程中杂质的引入；同时还有效的降低了生产成本。本发明制得的IZO靶材均匀性好，靶材在使用过程中不结瘤，不产生尖端放电，提高了膜层的均匀性。
附图说明
图1为本发明实施例1中IZO靶材的整体镀膜情况；
图2为本发明实施例1中IZO靶材的局部镀膜情况(左侧)；
图3为本发明实施例1中IZO靶材的局部镀膜情况(中间区域)；
图4为本发明实施例1中IZO靶材的局部镀膜情况(右侧)；
图5为本发明实施例8中IZO靶材的整体镀膜情况；
图6为本发明实施例8中IZO靶材的局部镀膜情况(右侧)。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.2mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.2mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至8.4反应，反应的温度控制在30℃左右，反应过程同时将反应液经过球磨行循环，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在650℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1200℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为1℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为2℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为6℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例2
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.3mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.3mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至8.4反应，反应的温度控制在30℃左右，反应过程同时将反应液经过球磨进行循环，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在600℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1300℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为0.5℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为3℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为7℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例3
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.2mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.2mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至8.6反应，反应的温度控制在30℃左右，反应过程同时将反应液经过球磨行循环，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在400℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1000℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为0.5℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为2℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为6℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例4
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.2mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.2mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至9反应，反应的温度控制在30℃左右，反应过程同时将反应液经过球磨进行循环，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在500℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1500℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为1℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为2℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为6℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例5
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.2mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.2mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至7.7反应，反应的温度控制在50℃左右，反应过程同时将反应液经过球磨进行循环，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在600℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1300℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为0.5℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为2℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为6℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例6
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.2mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.2mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至7反应，反应的温度控制在50℃左右，反应过程同时将反应液经过球磨进行循环，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在700℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1200℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为1℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为3℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为6℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例7
本实施例为一种IZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将浓度为0.2mol/L的氯化铟溶液和浓度为0.2mol/L的氯化锌溶液混合，通过滴加氢氧化钠溶液将pH值调整至8.4反应，反应的温度控制在30℃左右，反应完成后，固液分离；收集固相，洗涤后冷冻干燥；在在900℃下进行煅烧1h，得IZO前驱体。
S2、将IZO前驱体喷雾造粒后得IZO粉体，D50为10μm。
S3、将IZO粉体在压力0.4MPa的压力下进行模压成型，模压成型后进行冷等静压，压力在350Mpa，得毛坯靶材。
S4、将毛坯靶材在650℃下进行脱脂，脱脂完成后在温度1200℃下进行烧结得到IZO靶材(靶材中氧化铟和氧化锌的质量之比为9:1)；其中，脱脂温度的升温速度为1℃/min，升温至500度后保持5h；烧结的升温速度为2℃/min；升温至1500度后保持6小时，烧结完成后的降温速度为6℃/min。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
实施例8
本实施例为选用日本JX靶材(日本日矿)为IZO靶材。
将IZO靶材安装至直流磁控溅射设备中，在室温下无碱玻璃上溅射镀膜，其中，真空腔室初始压力为8×10-4Pa，再通入Ar气(纯度99.99％)和O2气(纯度99.99％)，气体的体积比例为98/2，调剂真空腔室的压力为0.2Pa后进行镀膜，镀膜的功率为1.5W/cm2，冷却水的出水温度为15℃。
本发明实施例1～8中性能测试结果见表1。
表1本发明实施例1～8中性能测试结果
实施例2将锌盐和铟盐的浓度偏高后，反应稍微变得更剧烈，沉淀稍有团聚，同样镀膜工艺下，靶材密度偏低)。
由实施例3和实施例4与实施例1的对比得知：pH值偏高后粉体易团聚，烧结密度偏低，造成靶材轻度不均匀。
由实施例6和实施例1的对比得知：在反应过程中不进行球磨，则会导致最终制得的靶材均一性变差，从而导致靶材在镀膜过程中密集中毒。
本发明实施例1制得的靶材的镀膜情况见图1～4，从图1～4中得知，本发明实施例1制得的靶材成膜均一，无中毒。
本发明实施例8的靶材的镀膜情况见图5～6，从图1～4中得知，本发明实施例1制得的靶材成膜均一性较差，密集中毒。
综上所述，本发明通过控制前驱体的制备方法解决了IZO靶材的均匀性问题；本发明的制备方法，减少了IZO粉体的机械混合破碎工序，还减少了混合破碎过程中杂质的引入；同时还有效的降低了生产成本。本发明制得的IZO靶材均匀性好，靶材在使用过程中不结瘤，不产生尖端放电，提高了膜层的均匀性。
上面结合说明书及附图内容对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
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