靶材的溅射行为严重影响靶材的使用寿命及其溅射薄膜性能，为了提高IGZO靶材的溅射性能和利用率，中原关键金属实验室先进靶材研究团队对IGZO靶材的溅射行为进行了深入研究，为提高靶材性能及利用率提供理论指导。
图1.随溅射时间延长靶材表面的变化：(a)0h; (b)10h; (c)15h; (d)20h; (e)25h; (f)30h
铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜以其优越的可见光透过率和导电性被广泛应用于各种显示器件中。靶材是制备IGZO薄膜的重要基材，靶材在溅射过程中质量的改变不仅影响薄膜质量，而且影响到靶材的寿命。因此，研究IGZO陶瓷靶材的物相组成、微观结构及与溅射性能之间的关系，既有利于了解IGZO陶瓷靶材在溅射过程中复杂的物理及化学变化，也有利于制备满足应用要求的溅射薄膜，并在此基础上可以为高性能IGZO陶瓷靶材的制备提供技术参考。
图2二次相对靶材溅射过程的影响:(a)含有二次相的靶材开始刻蚀; (b)随着溅射的进行二次相凸出于靶材表面; (c)靶材刻蚀过程中IGZO原子反溅射在二次相表面;(d)反溅射形成的IGZO包覆层厚度逐渐增加; (e)二次相被完全包覆;(f)靶材表面形成圆锥状突起
本文中研究了IGZO陶瓷靶材溅射过程中表面形貌的演变，溅射前后靶材微观形貌、物相成分及表面元素化学价态，并探讨了靶材溅射前后组织成分变化及改善靶材中毒的方法，得到的主要结论如下：（1）靶材中晶粒的均匀性显著影响靶材的磁控溅射过程。小晶粒中的原子更容易被轰出靶材，溅射慢的晶粒会凸出于靶材平面，形成“结瘤”；多孔的微观结构使得靶材在溅射过程中会发生电场异常现象，最终导致靶材中毒。（2）靶材溅射前后都由主相In2Ga2ZnO7和二次相ZnGa2O4组成，溅射后靶材表面还存在富含Ga的氧化物成分以及高C含量的黑色沉积物；IGZO中的In原子溅射产额较大，溅射后In原子的比例下降了0.62-0.97%；第二相微粒的溅射速率与基体相比较低，在溅射与反溅射共同作用下最终会形成导电性较差的IGZO包覆层，引起靶材中毒； 溅射后靶材中的氧空位含量增加，OII/Otot比率增加了7.17-16.72%。（3）提高靶材晶粒均匀性，改善靶材微观缺陷、减少C元素污染以及制备单相的IGZO靶材均有利于改善靶材的溅射性能，减缓靶材中毒速度。
本文以“Evolution of microstructure of IGZO ceramic target during magnetron sputtering”为题发表于Ceramics International期刊，第一作者为刘书含硕士，通讯作者为陈杰副教授。
该项目得到国家自然科学基金项目（No. 52004253）的大力支持。
论文链接：
DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.11.294
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884221037196
