氧化锌铝（ZnO:Al，简称AZO）靶材作为铟锡氧化物（ITO）的关键替代材料，近年来在平板显示、光伏电池和智能玻璃领域获得广泛应用。随着2025年技术迭代，其制备工艺已从简单的组分混合演进为多尺度精密调控系统，核心突破集中在解决 成分偏析 、 有机残留 和 电阻率控制 三大瓶颈问题。

一、成分偏析的物理机制与解决方案

传统AZO靶材在烧结过程中因氧化锌（密度5.606 g/cm³）与氧化铝（密度3.5–3.9 g/cm³）的密度差异，高温下发生组分垂直迁移，导致靶材上下层铝含量偏差可达0.5%（文献1）。2025年最新研究通过三重粒径协同控制实现突破：

1.  原料级控制 ：氧化锌/氧化铝粉体粒径严格限定于120–250 nm，并通过 罗辛-拉姆勒分布模型 （Rosin-Rammler）调控均匀性指数（n值）至1.2–2.0（n值越小分布越宽）。

2.  造粒级优化 ：喷雾造粒后颗粒尺寸控制在1–10 μm，n值1.3–2.0（优选5–8 μm，n值1.5–1.8），显著提升压制坯体的堆积密度。

3.  梯度缓冲层设计 ：靶坯底部铺设4–8 wt%氧化铝粉体，通过高铝区形成扩散势垒。实验表明，该技术使300mm靶材的纵向铝含量波动降至<0.03%（专利CN113213913A）。

二、高纯度制备：共沉淀法与烧结动力学

有机残留是导致靶材碳污染（>500 ppm）和微裂纹的核心因素。2025年行业转向 无预混氧化物工艺 （专利CN111439997A）：

1.  液相合成 ：5N级硝酸锌/铝盐溶液经氨水共沉淀，球磨后获得前驱体，400–600℃预烧结分解硝酸根。

2.  低温脱脂动力学 ：采用 两段式升温曲线 —— 第一阶段：1–2℃/min缓升至500–600℃，保温36–48小时，彻底裂解粘合剂（聚乙烯醇等）和分散剂；

a.  第二阶段：5℃/min速升至1300℃，保温72–100小时致密化。

3.  该工艺使碳残留≤105 ppm，相对密度≥98%，电阻率稳定在9×10⁻² Ω·cm以下（2025年《Journal of Materials Chemistry C》数据）。

三、技术挑战与未来趋势

尽管取得显著进展，AZO靶材仍面临两大挑战：

1.  电阻率均匀性 ：大尺寸靶材（>1m）的电阻率空间波动仍达15–20%，主因铝原子在ZnO晶格中的替位效率差异。2024年东京工业大学提出 等离子活化烧结 （PAS）技术，通过电场驱动铝离子迁移，实验室级样品电阻率降至5×10⁻⁴ Ω·cm。

2.  成本控制 ：高纯铝盐（≥5N）占原料成本60%。2025年行业尝试 溶胶-凝胶回收法 ，将废靶再溶解制备前驱体，使原料利用率提升至92%。

从材料设计到产业落地的路径

AZO靶材的技术演进体现了 多尺度调控 的核心逻辑：

●  纳米级 ：原料粒径分布影响浆料流变性与造粒均匀性；

●  微米级 ：颗粒堆积密度决定坯体烧结收缩率；

●  宏观级 ：梯度缓冲层抑制元素迁移。

随着2025年第三代光伏电池与柔性显示需求爆发，AZO靶材的“高均匀性+超低电阻”协同优化将成为产业化决胜点。未来突破或将依赖于 机器学习辅助烧结参数优化 与 原位掺杂监测技术 的结合，推动透明导电薄膜进入“无铟时代”。