溅射靶材的制备工艺需根据材料类型（金属、合金、陶瓷、化合物等）及应用需求（纯度、致密度、尺寸等）选择，核心工艺可分为以下几类：
一、熔炼铸造法（适用于金属/合金靶材）
1. 真空熔炼-铸造工艺
适用材料：纯金属（如 Al、Cu、Ti）、低熔点合金（如Cu-Ni、Al-Mg）。
步骤：
原料提纯：采用电解精炼、真空蒸馏等去除杂质（尤其半导体用靶材需达 5N~6N 纯度）。
真空熔炼：在真空或惰性气体保护下熔炼（如真空电弧炉、真空感应炉），避免氧化并均匀成分。
铸造成型：将熔液浇入模具（如水冷铜模），冷却形成铸锭，控制晶粒尺寸（如快速冷却获细晶组织）。
特点：工艺成熟、成本低，适合大规模生产，但合金成分均匀性依赖熔炼时的搅拌技术。
2. 区域熔炼提纯（半导体级靶材关键工艺）
原理：通过移动加热区使杂质富集于熔区，多次操作实现超高纯度（如纯度从5N提升至6N）。
应用：高纯金属靶材（如Ge、In）的提纯，确保薄膜电学性能。

二、粉末冶金法（适用于难熔金属、陶瓷、高熔点合金）
1. 粉末制备-压制-烧结工艺
适用材料：
难熔金属（W、Mo、Ta）、陶瓷（Al₂O₃、SiO₂）、金属陶瓷（WC-Co）、高熔点合金（如 Ti-Al、Ni-Cr）。
步骤：
粉末制备：
金属/合金粉：雾化法（气雾化、水雾化）、机械破碎；
陶瓷粉：化学合成（共沉淀、溶胶-凝胶）、高温煅烧。
压制成型：
冷压成型（压力 50~300MPa）形成坯体；
等静压（CIP/SIP）提升致密度（压力 100~300MPa）。
烧结致密化：
常压烧结：在惰性/还原气氛中高温烧结（如陶瓷靶材1500~2000℃）；
热压烧结（HP）：烧结时施加压力（20~50MPa），降低烧结温度、缩短时间，减少晶粒粗化；
热等静压（HIP）：高温（1000~1600℃）+高压（100~200MPa），致密度可达 99.5% 以上，适合复杂形状靶材。
关键技术：粉末纯度与粒度控制（纳米/亚微米级粉末提升烧结活性）、烧结过程中成分偏析（尤其合金靶材）。
2. 反应烧结（针对化合物靶材）
原理：通过金属粉与气体（N₂、O₂）或化合物粉在烧结过程中发生反应，形成目标化合物（如 ZnO、ITO）。
应用：透明导电氧化物靶材（ITO、AZO），需控制氧含量以避免缺氧导致的导电性能异常。

三、复合靶材制备工艺（解决大尺寸/多功能需求）
1. 背板焊接（靶材与背板结合）
目的：靶材（通常为脆性陶瓷/难熔金属）与导热性好的背板（Cu、Al）焊接，便于水冷散热和安装。
工艺：
真空钎焊：用低熔点焊料（如In、Ag-Cu 合金）在真空下焊接，避免界面氧化；
扩散焊：高温高压下靶材与背板直接结合，适合高可靠性要求（如半导体靶材）。
2. 拼接/梯度靶材
大尺寸靶材：通过多块小靶材拼接（如平面靶≥2米），需控制拼接缝的平整度和导电性；
梯度成分靶材：通过层状堆叠或成分渐变设计（如A/B/A多层结构），实现薄膜性能梯度变化（如光学膜折射率渐变）。

四、成型与后处理工艺
1. 精密加工
机械加工：切割（线切割、金刚石锯）、研磨、抛光，确保靶材尺寸精度（厚度公差 ±0.05mm）和表面粗糙度（Ra≤0.1μm）；
表面处理：去除氧化层（如金属靶材酸洗）、超声波清洗，避免污染溅射过程。
2. 检测与质量控制
成分分析：ICP-MS（杂质检测）、XRF（成分均匀性）；
致密度检测：阿基米德排水法、CT 扫描；
结构表征：XRD（晶体结构）、SEM（晶粒尺寸与缺陷）；
性能测试：溅射速率、薄膜均匀性模拟测试。

五、特殊工艺
1. 雾化沉积（快速凝固技术）
原理：熔液雾化成细小液滴，直接沉积为近终形坯体，晶粒细化（纳米级）、成分均匀。
应用：高熵合金靶材（如 AlCrFeNiCu），避免传统熔炼的偏析问题。
2. 气相沉积法（少量制备高纯薄膜靶材）
如 CVD（化学气相沉积）：通过气体反应生成高纯靶材（如金刚石薄膜靶材），但成本高、效率低，限实验室级制备。

六、技术难点与发展趋势
难点：
大尺寸靶材的成分均匀性与致密度控制（如≥1.5 米的平面靶烧结变形）；
高熵合金/复杂化合物靶材的相稳定性（避免溅射过程中分解）；
背板焊接界面的可靠性（长期溅射下的热应力疲劳）。
趋势：
向超高纯度（6N~7N）、纳米晶组织发展（满足半导体 28nm 以下制程）；
绿色工艺：推广水雾化制粉（替代传统有机溶剂）、低温烧结技术（降低能耗）；
数字化制备：通过 AI 模拟熔炼 / 烧结过程，优化工艺参数，减少试错成本。

总结
溅射靶材的制备工艺需兼顾材料特性与应用需求，从高纯金属的熔炼提纯到陶瓷粉末的烧结致密化，再到大尺寸靶材的复合成型，每个环节均需精准控制成分、结构与性能。未来，随着半导体、光伏等领域对薄膜精度的要求提升，制备工艺将更趋精细化、智能化，以突破靶材的国产化瓶颈。