溅射靶材行业的发展现状及未来趋势

（一）溅射靶材行业的基本概述

1. 薄膜制备技术的发展历程

薄膜材料是由原子或分子在基材（例如光学玻璃）表面凝聚、形成和生长而成的。通过涂覆工艺在材料表面形成薄膜，可以赋予材料新的复合性能，从而实现新的工程应用。这使得材料表面具有新的机械功能、装饰功能以及声学、电学、光学、磁学、热学等特殊功能及其转换，进而提升产品的原有性能、提高产品质量并延长产品使用寿命。

在薄膜材料产业的早期阶段，受限于制备技术和材料性能，薄膜的应用仅限于耐腐蚀和镜面制造等领域。随着真空系统和薄膜制备检测系统等技术的进步，薄膜的性能显著提升，应用领域也迅速扩展。尤其自20世纪50年代以来，随着电子信息产业的兴起，薄膜制备技术和材料在印刷电路板的大规模生产和集成电路（IC）的小型化方面展现出显著优势。目前，薄膜的合成与制备已成为开发新材料不可或缺的手段。薄膜制备技术和材料广泛应用于现代科技和国民经济的各个关键领域，例如航空航天、电子信息、医疗健康、能源和通信等。

真空镀膜技术是薄膜制备的基础；几乎所有薄膜材料都必须在真空或低压条件下制备。根据不同的工艺原理，真空镀膜技术可分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。CVD是通过气体混合物的化学反应在基材表面沉积薄膜的工艺，其在反应物和产物的选择上存在一定的局限性。此外，由于化学反应需要较高的温度，基材环境通常需要加热，这限制了基材材料的选择。PVD是通过物理方法在基材表面沉积具有特定功能的薄膜的技术。它为沉积材料和基材提供了更广泛的选择，更容易控制膜厚，附着力更强，应用范围更广。该镀膜工艺更加节能、安全、环保，使其成为当今薄膜制备的主流技术。

根据具体工艺和技术路线，PVD真空镀膜技术主要包括真空蒸发镀膜和真空溅射镀膜。真空蒸发镀膜工艺简单便捷，成膜速度快，在技术发展的早期阶段占据主导地位。然而，由于其无法蒸发难熔金属和氧化物材料，不适用于大面积基材的镀膜等因素，真空蒸发镀膜逐渐被真空溅射镀膜所取代。真空溅射镀膜具有良好的重复性和可控的膜厚，能够在大面积基材上沉积均匀的薄膜。所制备的薄膜具有纯度高、密度好、与基材附着力强等优点，使其成为工业制备各种薄膜的主要技术之一。随着薄膜性能要求的不断提高，真空溅射技术也在不断升级迭代； 磁控溅射 目前，科技是应用最广泛的技术。

磁控溅射技术的主要镀膜材料是溅射靶。根据溅射靶的形状，磁控溅射技术可分为平面磁控溅射和旋转磁控溅射。磁控溅射技术是在真空环境中，通过电场加速离子，形成高动能离子束，使其撞击固体表面。固体表面的原子被溅射出来，沉积到待镀膜物体的表面。受到高速离子轰击的固体（即溅射靶）是薄膜的来源，就像沉积过程中被击中的靶材一样。

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2. 溅射靶材的结构和分类

溅射靶材是指在适当的工艺条件下，通过磁控溅射等涂层系统沉积到基材上的溅射源，以形成各种功能性薄膜。

溅射靶主要由靶坯和背板（或背管，以下统称）组成。靶坯是溅射靶的核心部分，在溅射镀膜过程中，它作为靶材受到高动能离子束轰击。当靶坯受到离子轰击时，其表面的原子被溅射出来，沉积到基材表面形成薄膜。背板主要用于固定和支撑靶坯，并起到导热和导电的作用。它通常由金属材料制成。由于溅射靶需要安装在专用的溅射镀膜设备中才能完成溅射过程，而设备内部是高压、高真空的工作环境，因此大多数靶坯都具有相对较软、脆性高、导电导热性能差等特点，不适合直接安装在设备中使用。所以，需要将其粘合到背板上。

随着磁控溅射镀膜技术的不断进步和下游应用需求的持续发展，用于溅射靶材的材料也变得越来越多样化。目前，用于制备溅射靶材的材料包括元素金属/非金属、合金等。 陶瓷化合物金属/非金属元素靶材由同一种金属/非金属元素组成，具有高纯度和特定的微观结构，例如铜（Cu）靶、铝（Al）靶、钼（Mo）靶、钛（Ti）靶、硅（Si）靶、石墨（C）靶、硼（B）靶等。它们是制备电极布线膜、阻挡层、粘附层和反射膜的重要原材料。合金靶材由两种或两种以上金属或非金属合成，具有一定的金属特性，例如钛铝（TiAl）靶、镍铬（NiCr）靶、钼铌（MoNb）靶等。合金靶材具有优于元素靶材的特定性能，能够满足新型功能薄膜系统的设计和开发需求。陶瓷复合靶材由一种或多种氧化物在高温下烧结而成，具有陶瓷的结构和特性，例如ITO（氧化铟锡）靶材、IZO（氧化铟锌）靶材、AZO（氧化铝锌）靶材等。陶瓷复合靶材具有强度高、熔点高、化学稳定性好、耐腐蚀等优点，但塑性变形能力差，易发生脆性断裂，且难以制备大尺寸靶材。

溅射靶材必须配合专用溅射镀膜设备才能进行溅射镀膜。溅射靶材按形状可分为平面靶材和旋转靶材。平面靶材是指由靶坯和背板粘合而成的长条形、方形、圆形等具有一定厚度的靶材。溅射过程中，靶坯和基材平行且彼此相对，背板下方放置磁铁以在靶坯和基材之间形成电磁场。旋转靶材是管状溅射靶材，磁铁放置在管状靶材内部以形成指向基材的电磁场。根据是否需要粘合到背板或管材上，溅射靶材可分为整体式靶材和粘合式靶材。整体式靶材通常是金属元素靶材，在制备过程中直接由金属制成，无需背板或管材，无需粘合，可直接安装使用。粘合式靶材通常是非金属元素靶材和陶瓷化合物靶材，需要先粘合到背板或管材上才能进行溅射。

3. 溅射靶材产业在产业链中的地位和作用，及其与上下游产业的关系

溅射靶材产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用。其中，靶材制造是溅射靶材产业链中的关键环节。溅射靶材的产品质量和性能指标直接决定最终产品的质量和稳定性。

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在溅射靶材产业链中，上游金属提纯阶段主要涉及提纯天然含杂质金属，以满足靶材制造阶段的生产需求。靶材制造阶段需要众多精细复杂的工艺，并根据下游应用领域的性能和要求进行独特的工艺设计。溅射镀膜阶段主要包括将溅射靶材安装在专用溅射镀膜设备中，完成溅射反应，制备具有导电、绝缘、光电导、压电、磁性、润滑、超导、耐磨、装饰等特性的薄膜层，并进行元件封装。终端应用是将封装后的元件用于生产最终用户所需的产品。

作为工业制备各种薄膜的关键材料，溅射靶材广泛应用于半导体集成电路、平板显示器、太阳能电池、信息存储、低辐射玻璃等领域。不同的应用领域对溅射靶材的制备技术和产品性能有着不同的要求。

溅射靶材是半导体集成电路制造的核心材料之一。集成电路中的每个单元器件都由衬底、绝缘层、介质层、导电层和保护层等组成。其中，介质层、导电层甚至保护层都需要采用溅射镀膜工艺。自集成电路诞生以来，集成电路产业遵循“一代设备、一代工艺、一代产品”的模式快速发展。随着芯片集成密度的不断提高，集成电路制造中对溅射靶材的性能要求也越来越高。目前，半导体集成电路溅射靶材是业内技术难度最高的领域之一。

平板显示器是溅射靶材需求量最大的应用领域。镀膜是现代平板显示器产业的关键步骤。为了确保大面积薄膜层的均匀性，提高生产效率并降低成本，几乎所有类型的平板显示器件都需要使用大量的溅射靶材来制备各种功能薄膜。电视、电脑、手机和车载显示器等终端产品的许多性能指标，例如分辨率和透光率，都与溅射薄膜的性能密切相关。与半导体集成电路相比，平板显示领域对溅射靶材的纯度和技术要求略低。然而，随着靶材尺寸的增大，对溅射靶材的均匀性、平整度和键合率等指标的要求也越来越高。

太阳能电池是溅射靶材具有巨大应用潜力的领域之一。溅射靶材主要用于制备薄膜太阳能电池的背电极和异质结（HJT）太阳能电池的导电层。近年来，世界各国加大了对光伏产业的支持力度。太阳能电池技术在全球范围内迅速发展，从早期的单晶硅和多晶硅太阳能电池技术演进到第三代太阳能技术——薄膜太阳能电池技术。溅射镀膜是薄膜太阳能电池的首选制备方法。同时，为了进一步提高光电转换效率并降低制造成本，诸如异质结（HJT）等新兴太阳能电池技术不断涌现。太阳能电池的广泛应用和推广将推动溅射靶材市场需求的快速增长。

此外，溅射靶材还可广泛应用于信息存储、玻璃镀膜、装饰镀膜、模具镀膜等领域。与半导体集成电路和平板显示领域相比，信息存储、玻璃镀膜和装饰镀膜等领域对溅射靶材的纯度、晶粒取向控制等方面的技术要求通常较低。在满足产品质量和技术要求的前提下，这些领域更注重成本、产能规模、供应稳定性以及交货时间。

（二）溅射靶材行业的全球发展

高性能溅射靶材的出现与半导体、平板显示器、信息存储和微电子等产业的发展同步。由于涉及电学、磁学、热学、反射率和颜色外观等多种技术特性，高性能溅射靶材属于典型的技术密集型产业。其对生产工艺、机械设备、工艺流程和工作环境的要求都非常严格，长期以来一直被外国公司垄断。自20世纪70年代以来，随着电子信息产业技术创新的不断深入，美国、日本、欧洲等发达国家或地区涌现出一批高性能溅射靶材生产企业。这些企业在掌握核心技术后，实施了非常严格的保密和专利许可措施，长期占据全球溅射靶材市场的主导地位。据统计，1990年至1998年，全球各国在美国申请的溅射靶材专利中，日本占58%，美国占27%，德国占11%。此外，全球高端制造业的区域集聚特性进一步将高性能溅射靶材等上游关键材料的市场份额集中在发达国家或地区。

自20世纪80年代以来，以半导体集成电路、平板显示器、信息存储和光存储器件为主导的电子信息产业发展迅猛，技术工艺迭代迭代速度也很快。制造相关产品所需的关键材料薄膜和溅射靶材的需求持续增长。例如，在半导体集成电路制造工艺中，低电阻率的铜导电薄膜取代铝导电薄膜用于布线；在平板显示器行业，各种显示技术的同步发展也不断提升了对溅射靶材的需求；在信息存储行业，磁存储器的存储容量不断增加，新型磁光记录材料层出不穷。下游应用领域的快速发展极大地促进了磁控溅射技术和溅射靶材产业的发展。新型溅射靶材的出现也满足了各种新型电子元件的技术和性能需求。

随着各种溅射薄膜材料在半导体集成电路、平板显示器、信息存储等领域的广泛应用，下游领域对这种高附加值功能材料的需求持续增长。高性能溅射靶材的市场规模显著扩大，呈现快速增长趋势。据华京产业研究院和中商产业研究院的数据显示，2016年至2023年，全球溅射靶材市场规模从113亿美元增长至258亿美元，复合年增长率（CAGR）达12.52%。未来，随着物联网、大数据、新型显示器、太阳能电池、节能玻璃等新型基础设施和应用领域的不断发展，溅射靶材的终端应用领域将进一步拓展，全球溅射靶材市场规模也将继续稳步增长。

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凭借专利技术先发优势、雄厚的技术实力、精细的生产控制和卓越的产品质量，来自美国、日本、欧洲等发达国家或地区的大型溅射靶材制造商在全球溅射靶材市场占据了较高的市场份额。以JX Nippon Mining & Metals、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯为代表的大型跨国公司成立较早，历史悠久，技术成熟，涵盖了金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和终端应用等整个产业链。这些公司凭借先发优势和技术研发实力，主导着行业的发展方向和技术创新，在溅射靶材领域拥有显著优势。目前，它们合计占据了全球约80%的市场份额。此外，其他一些拥有雄厚财力、领先技术水平和丰富行业经验的跨国公司，如三井金属、住友化学、优维视、HC Starck和普兰西，也在各自的主要靶材细分市场占据着领先地位。