[科普中國(guó)]-燒不出大號(hào)靶材，平板顯示制造仰人鼻息

一塊小小的玻璃，不僅可以導(dǎo)電發(fā)光，還可以幻化出形式各異的文字和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的炫目影像，這就是人們?nèi)缃褚阉究找姂T的各色平板顯示屏。玻璃本身不導(dǎo)電，也不發(fā)光，奧妙全在于背后涂裝的一層薄薄透明導(dǎo)電膜。就是這層不足頭發(fā)絲直徑五百分之一的膜，背后有一塊看不見的“靶”。“全國(guó)有20余家靶材生產(chǎn)制造商，但能做超過32英寸靶材的，我們還是‘零’！”在這個(gè)行當(dāng)搞了20多年研發(fā)的鄭州大學(xué)教授、河南省資源與材料工業(yè)技術(shù)研究院原總工程師孫本雙告訴科技日?qǐng)?bào)記者。問題出在尺寸上在有色金屬的“朋友圈”里，銦錫的氧化物是實(shí)現(xiàn)電學(xué)傳導(dǎo)和光學(xué)透明的絕佳組合。作為有色金屬氧化物，簡(jiǎn)稱為ITO的氧化銦錫在平板上具有很好的導(dǎo)電性和透明性，它還可切斷對(duì)人體有害的電子輻射、紫外線及遠(yuǎn)紅外線，是平板顯示器制造的重要原料。在薄膜狀時(shí)，它是略顯茶色的透明物質(zhì)；在塊狀時(shí)，呈黃偏灰色。但它并不是像油漆一樣被刷到平板玻璃上使用，而是先被制作成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的固體靶材，由操縱磁控濺射的“槍手”，不斷“射擊”，將其氣化濺鍍到玻璃基板或柔性有機(jī)薄膜上，形成一層ITO膜。這層膜的厚度因功能需求而有不同，一般在30納米至200納米。ITO靶材不僅用于制作液晶顯示器、平板顯示器、等離子顯示器、觸摸屏、電子紙、有機(jī)發(fā)光二極管，還用于太陽(yáng)能電池和抗靜電鍍膜、EMI屏蔽的透明傳導(dǎo)鍍膜等，在全球擁有廣泛的市場(chǎng)。ITO靶材外形很像瓷磚，由來(lái)卻遠(yuǎn)比瓷磚煅燒復(fù)雜得多——人們把氧化銦和氧化錫粉末按嚴(yán)格的比例混合后，經(jīng)過一系列生產(chǎn)工藝加工成地板磚的形狀，再層層摞疊到一個(gè)特制的爐子里，經(jīng)過1700攝氏度高溫氣氛燒結(jié)，形成黑灰色的陶瓷半導(dǎo)體。通常靶材尺寸越大，濺射到平板上的拼縫就越少，價(jià)值也越高。但就在尺寸的問題上，國(guó)內(nèi)ITO靶材企業(yè)一直鮮有突破，而后端的平板顯示制造企業(yè)也要仰人鼻息。技術(shù)和工藝是個(gè)難邁的坎ITO靶材核心技術(shù)長(zhǎng)期把持在日本三井、東曹、日立、住友、VMC和韓國(guó)三星、康寧等大企業(yè)手里。對(duì)國(guó)內(nèi)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，技術(shù)和工藝是個(gè)難邁的坎。由于ITO靶材是由高溫?zé)Y(jié)而成，燒結(jié)技術(shù)工藝決定了產(chǎn)品質(zhì)量，功夫不到家的話，最常出現(xiàn)批次質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。濺射到屏上，有的ITO膜表面出現(xiàn)“麻點(diǎn)”；有的在蝕刻時(shí)容易出現(xiàn)直線放射型的缺劃或電阻偏高帶；還有的會(huì)出現(xiàn)微晶溝縫。當(dāng)談到生產(chǎn)裝備與國(guó)外的差距時(shí)，孫本雙教授嘆息說(shuō)：“差遠(yuǎn)了！”燒結(jié)大尺寸ITO靶材，需要有大型的燒結(jié)爐。國(guó)外可以做寬1200毫米、長(zhǎng)近3000毫米的單塊靶材，國(guó)內(nèi)只能制造不超過800毫米寬的?！斑@如同人家已經(jīng)在燒制大型地板磚，我們還只能燒小瓷磚。”孫本雙說(shuō)。在1700攝氏度的“丹爐”中，靶材燒結(jié)需要6至10天。高溫氣氛燒結(jié)需要高濃度氧氣參與，這項(xiàng)工藝也不易控制。長(zhǎng)時(shí)間燒，很容易導(dǎo)致產(chǎn)品不均勻，成品率低。在產(chǎn)出效率方面，日式裝備“牛氣”，月產(chǎn)量可達(dá)30噸至50噸，我們年產(chǎn)量只有30噸——而進(jìn)口一臺(tái)設(shè)備價(jià)格要花一千萬(wàn)元，這對(duì)國(guó)內(nèi)小企業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)異于天價(jià)。目前，也有部分仿制的設(shè)備，但耐火材料不過關(guān)，難耐燒結(jié)工藝所需的烈火考驗(yàn)，燒結(jié)爐總體質(zhì)量差強(qiáng)人意?！斑@需要生產(chǎn)技術(shù)與裝備國(guó)產(chǎn)化重大專項(xiàng)的支持?！睂O本雙說(shuō)。質(zhì)量不穩(wěn)定、不過關(guān)的材料，誰(shuí)見誰(shuí)怕。各色終端生產(chǎn)廠家盤算下來(lái)還是覺得買國(guó)外進(jìn)口的省事，久而久之，依賴進(jìn)口成了“癮”。功能性產(chǎn)品：有色金屬大國(guó)之痛每年我國(guó)ITO靶材消耗量超過1千噸，一半左右靠進(jìn)口，用于生產(chǎn)高端產(chǎn)品。受有色金屬期貨價(jià)格波動(dòng)和技術(shù)封鎖等因素疊加作用，長(zhǎng)期以來(lái)價(jià)格高企，成品價(jià)格最高達(dá)每公斤6千至8千元，占據(jù)企業(yè)不小的成本?！百Y料顯示，我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)品的進(jìn)口花費(fèi)超過石油”。2017年度何梁何利基金獎(jiǎng)獲得者、昆明理工大學(xué)副校長(zhǎng)楊斌教授說(shuō)。在中國(guó)，半導(dǎo)體重要原料銦、錫的采選、冶煉水平已處于世界頂尖水平，產(chǎn)量和品級(jí)也堪稱世界一流。全球近80%的高品質(zhì)銦、錫來(lái)自中國(guó)，日企長(zhǎng)期購(gòu)買中國(guó)銦錠?！暗覀?nèi)狈ο掠喂δ苄援a(chǎn)品和足夠長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，只能賺取原材料的初級(jí)利潤(rùn)，比如高品質(zhì)、大尺寸的ITO靶材，就是粉末冶金和半導(dǎo)體行業(yè)的痛?！睏畋蠼淌谡f(shuō)，國(guó)內(nèi)的大尺寸靶材都只在實(shí)驗(yàn)室階段，技術(shù)是一個(gè)難點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)則是關(guān)鍵。隨著近十年來(lái)國(guó)內(nèi)LCD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和PDA、電子書等觸摸式輸入電子產(chǎn)品的悄然興起，尤其是目前，隨著有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）以及其他顯示器件的發(fā)展，對(duì)ITO靶材制成工藝和設(shè)備有了更新、更高的期待。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，這仍是一個(gè)有前景的產(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)小規(guī)模、低層次、做了二十年之久的“靶”，因沒能走上世界前沿而長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，如今得到了“回報(bào)”。近年，由于中國(guó)市場(chǎng)巨大，“小靶”國(guó)產(chǎn)能力有了大幅上升，這時(shí)國(guó)外壟斷企業(yè)“釜底抽薪”，開始在價(jià)格上進(jìn)行打壓，一下子把ITO靶材價(jià)格降到800元一噸，一度接近價(jià)格最高點(diǎn)時(shí)的十分之一，國(guó)內(nèi)20多個(gè)企業(yè)蒙受了巨大的損失，部分企業(yè)甚至奄奄待斃?！暗催^來(lái)說(shuō)，價(jià)格低建設(shè)成本也低，這也是洗牌的機(jī)會(huì)?！睂O本雙說(shuō)，如果有國(guó)家扶持，保留五六家重點(diǎn)企業(yè)，同時(shí)加快技術(shù)攻關(guān)，將實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)轉(zhuǎn)化量產(chǎn)，我們有望在大尺寸領(lǐng)域突破，并淘汰一部分國(guó)外企業(yè)。（編輯：p_vmeilingpan）