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?jiàn)慣的各色平板顯示屏。
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(jiàn)的“靶”。
“全國(guó)有20余家靶材生產(chǎn)制造商,但能做超過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)800毫米寬的。“這如同人家已經(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(guò)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。“這需要生產(chǎn)技術(shù)與裝備國(guó)產(chǎn)化重大專項(xiàng)的支持。”孫本雙說(shuō)。
質(zhì)量不穩(wěn)定、不過(guò)關(guān)的材料,誰(shuí)見(jiàn)誰(shuí)怕。各色終端生產(chǎn)廠家盤算下來(lái)還是覺(jué)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(guò)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。
“資料顯示,我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)品的進(jìn)口花費(fèi)超過(guò)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。
“但我們?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。”楊斌教授說(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(méi)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。
“但反過(guò)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)。”孫本雙說(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)。
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