实验室液压机如何确保氮化硼（Bn）陶瓷靶材的性能？专家指南

实验室液压机是氮化硼溅射靶材制造中的关键质量控制步骤。它施加高轴向压力，将六方氮化硼（h-BN）粉末压制成高密度块状靶材，确保其严格没有宏观孔隙和裂纹。这种机械完整性是防止在髙能溅射过程中因局部过热导致靶材碎裂的主要屏障。

核心见解：溅射靶材的性能在其进入真空室之前就已经确定。通过最大化密度和消除内部空隙，液压机确保靶材能够承受热应力，从而保证稳定的原子流和最终器件上均匀的功能层。

建立结构完整性

液压机的首要功能是将松散的粉末转化为能够承受严苛实验条件的坚固实体。

压机施加精确的轴向压力来压实h-BN粉末。这会将颗粒推入紧密的结构中，显著减小内部孔隙率。高密度压实是必不可少的；没有它，材料就过于疏松，无法有效地作为靶材。

通过控制压力负荷，压机确保所得靶材没有宏观孔隙和裂纹。靶材中任何预先存在的裂缝都是薄弱点。在压制阶段消除这些缺陷对于制造机械强度高的“生坯”（烧结前的压实粉末）至关重要。

在溅射过程中，靶材会受到高能离子的轰击，产生大量热量。如果靶材密度低或存在内部孔隙，这些热量会造成局部过热。液压机通过创建能够均匀散热的致密结构来防止这种情况，从而防止靶材在热应力下破裂或碎裂。

液压机赋予的物理特性直接决定了所沉积薄膜的质量。

致密、无裂纹的靶材在受到离子撞击时，能够产生均匀稳定的原子流。如果由于压制不当导致靶材表面密度不均，原子溅射速率将波动。均匀压实可确保提供一致的材料流以供沉积。

原子流的稳定性使得沉积的层具有均匀的厚度。在h-BN忆阻器的应用中，这种均匀性对器件功能至关重要。压机确保靶材均匀磨损，从而在基板上实现可预测的高质量涂层。

除了简单的压实，液压机还可以控制变量，以微调材料的性能。

先进的液压机可以控制保压时间（压力保持的时间）。这有助于有效的脱气——去除粉末颗粒之间捕获的空气。适当的脱气可防止气体团块被困住，否则这些团块会在随后的加热过程中膨胀并导致靶材破裂。

使用高精度模具，压机可生产出表面平整、厚度精确的靶材。这种几何精度对于溅射枪的磁场与靶材均匀相互作用至关重要。它还最大限度地减少了靶材成型后进行大量抛光或机加工的需要。

虽然高压通常对溅射靶材有利，但必须正确施加，以避免收益递减或损坏。

仅从一个方向施加压力（单轴）有时会导致密度梯度，即靶材顶部比底部更致密。虽然主要参考资料强调高轴向压力，但需要注意的是，密度不均会导致靶材后期溅射速率（侵蚀）不均。

过大的压力或快速减压可能导致层状开裂（帽状开裂），即由于材料的弹性恢复导致颗粒顶部脱落。目标不仅仅是“最大压力”，而是正确的压力，以在不引起内部应力导致从模具弹出时立即失效的情况下实现密度。

液压机不仅仅是一个成型工具；它是一个性能工程工具。

最终，实验室液压机通过施加高精度制造所必需的结构顺序，架起了原材料粉末与功能电子元件之间的桥梁。

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Shaojie Zhang, Hao Wang. Memristors based on two-dimensional h-BN materials: synthesis, mechanism, optimization and application. DOI: 10.1038/s41699-024-00519-z

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .