不同MgO摻雜比對MgxZn1-xO靶材性能的影響

高慶慶，張忠健，皮陳炳，蔡雪賢，尚福亮，朱德亮，楊海濤

1)深圳大學材料學院，深圳市特種功能材料重點實驗室，深圳陶瓷制備先進技術(shù)工程實驗室，深圳 518060； 2)株洲硬質(zhì)合金集團有限公司，硬質(zhì)合金國家重點實驗室，湖南株洲412000

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【材料科學 / Materials Science】

不同MgO摻雜比對MgxZn1-xO靶材性能的影響

高慶慶1，張忠健2，皮陳炳1，蔡雪賢1，尚福亮1，朱德亮1，楊海濤1

1)深圳大學材料學院，深圳市特種功能材料重點實驗室，深圳陶瓷制備先進技術(shù)工程實驗室，深圳 518060； 2)株洲硬質(zhì)合金集團有限公司，硬質(zhì)合金國家重點實驗室，湖南株洲412000

用傳統(tǒng)常壓固相燒結(jié)法，制備摻雜氧化鎂的氧化鋅陶瓷靶材，研究不同MgO含量及燒結(jié)溫度對MgxZn1-xO陶瓷靶材的微觀結(jié)構(gòu)、力學性能、致密度和導電性能的影響.通過X射線衍射儀(X-ray diffraction，XRD)測定靶材相結(jié)構(gòu)，掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察靶材的斷面形貌，萬能實驗機測量靶材的抗彎強度，維氏顯微硬度儀測量靶材的維氏硬度，阿基米德排水法測量靶材密度，四探針法測量靶材導電性能，對MgxZn1-xO靶材的性能進行了表征，分析了MgxZn1-xO陶瓷靶材的燒結(jié)機理. 結(jié)果表明，MgxZn1-xO靶材的最佳燒結(jié)溫度隨著MgO含量的增加有所提高. MgO的摻雜比為x=0.12時，靶材的最佳燒結(jié)溫度是1 450 ℃；摻雜比為x=0.20時，靶材的最佳燒結(jié)溫度約為1 500 ℃. 相同燒結(jié)溫度下，隨著MgO摻雜比的增加，靶材的致密性增大；靶材抗彎強度先升后降，摻雜比為x=0.12時達到最大值，為94.56MPa. 靶材硬度隨著Mg含量的增加漸增，在1 450 ℃燒結(jié)，摻雜比為0時維氏硬度為152.000N/mm2，摻雜比為x=0.40時維氏硬度為364.045N/mm2.靶材的導電性隨著MgO摻雜比的增加呈漸減趨勢，摻雜比為0時，方塊電阻為819.36Ω；摻雜比為x=0.40時，方塊電阻增至30.00MΩ.

材料加工；粉末冶金；氧化鋅；氧鋅鎂；陶瓷靶材；燒結(jié)；摻雜比；力學性能

ZnO是一種被廣泛研究的直接帶隙半導體，室溫下帶隙寬度為3.37 eV. GaN生長需要高溫條件，薄膜生長困難，成本較高，且缺乏匹配的襯底，結(jié)晶質(zhì)量難以提高. 與GaN相比，ZnO的襯底材料選擇范圍大，生長溫度低，且ZnO來源豐富、價格低廉，對環(huán)境無毒、抗輻射性好、光電性能優(yōu)良，是制備光電子器件的優(yōu)良材料，在透明導電和薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)等領域具有廣泛的應用前景[1-4].

目前，ZnO基TFT得到越來越多學者的關(guān)注. ZnO基薄膜晶體管的電學性能，包括遷移率、閾值電壓和開關(guān)比等，均與有源層薄膜的電學參數(shù)密切相關(guān)，且可通過改善ZnO的沉積條件來提高器件遷移率和開關(guān)比.由于ZnO中存在氧空位、鋅填隙等缺陷，這些缺陷屬于施主型缺陷，使得非摻雜的ZnO是一種n型半導體，可能有較大的載流子濃度[5-6]，導致在ZnO-TFT中會有一個較大的源漏電流IDS[7-9].當載流子濃度過大時，TFT的關(guān)態(tài)電流增加，從而降低TFT的開關(guān)比，使器件表現(xiàn)為耗盡型晶體管；當載流子濃度過低時，又會降低TFT的開態(tài)電流.因此ZnO-TFT中存在的主要問題之一就是如何抑制施主型缺陷，控制ZnO薄膜中的載流子濃度.為了更好地控制ZnO薄膜的載流子濃度，可通過摻雜來實現(xiàn)[10-13].由于氧空位的形成在一定程度上依賴ZnO結(jié)合能，Mg比Zn具有更大的氧親和力，研究表明，在MgxZn1-xO薄膜中與氧空位相關(guān)的深能級發(fā)光減少[14-15]，Mg可有效抑制氧空位的產(chǎn)生[16-17]，因為Mg與氧空位束縛在一起，中和了氧空位缺陷.同時由于Mg2+的離子半徑與Zn2+的離子半徑接近，Mg2+可以置換Zn2+而不引起明顯的晶格畸變，因此在ZnO-TFT中，摻雜Mg是一個很好的選擇.由于ZnO的禁帶寬度為3.37 eV，MgO的禁帶寬度為7.80 eV，當形成MgxZn1-xO合金時，根據(jù)Mg含量的不同，可在3.37～7.80 eV范圍調(diào)節(jié)禁帶寬度[18-22]，MgxZn1-xO-TFT相對ZnO-TFT，其有源層MgxZn1-xO薄膜的禁帶寬度比ZnO薄膜的大，在透明電子學方面的應用研究更為廣泛，因此，近年來用MgxZn1-xO來代替ZnO作為TFT的有源層得到越來越多的關(guān)注[23].要獲得性能優(yōu)良的透明導電薄膜，除了要控制制備薄膜的各項工藝條件外，是否能夠制備出高品質(zhì)的濺射靶材也是極其重要的因素之一.本實驗采用傳統(tǒng)的常壓固相燒結(jié)法[24-25]制備MgxZn1-xO陶瓷靶材，研究了MgO摻雜量對陶瓷靶材的微觀結(jié)構(gòu)、電學性能、力學性能以及相對密度等各項性能的影響.

1 實 驗

1.1 靶材的制備

稱取市售ZnO、MgO粉末各5份，配制成MgO的摩爾分數(shù)(摻雜比)分別為0、6%、12%、20%和40%的混合粉末，得到5個不同摻雜比的原始混料，分別裝入5個球磨瓶中.每個球磨瓶中加入600 g的球及400 g的乙醇溶液，置于球磨機上濕磨71 h.稱取10 g的聚乙二醇5份，放入5個燒杯中，加入少量乙醇溶液，置于干燥箱中至其完全溶解，然后取出并將其添加到5個混料瓶中，繼續(xù)濕磨1 h.將混料過篩，并置于烘箱內(nèi)干燥24 h，然后將完全干燥的混料置于研缽中研磨、過篩，并將磨好的粉末裝袋、標注.從每個摻雜比的粉料中稱出每份約3.0 g的粉料，共25份，壓制成尺寸為24 mm×6 mm×6 mm的坯體各25根，然后放入500 ℃的爐中脫膠2.5 h，取出冷卻后稱重并記錄所得數(shù)據(jù).再放入燒結(jié)溫度分別為1 250、1 300、1 350、1 400、1 450和1 500 ℃的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，開始均以5 ℃/min的速度升溫至設定溫度，再在此溫度下保溫2 h，然后隨爐冷卻，直至樣品冷卻后，對各個靶材樣品進行稱重，并用千分尺測量其長度值，同時記錄數(shù)據(jù).

1.2 性能測試

用德國布魯克AXS公司生產(chǎn)的X射線衍射(X-ray diffraction，XRD)儀進行物相結(jié)構(gòu)分析；用掃描電鏡SU-70觀察靶材的斷面形貌；用萬能機測量各靶材的抗彎強度；用維氏顯微硬度儀測量表面經(jīng)過拋光后的靶材樣品的維氏硬度值；用阿基米德排水法測量各燒結(jié)體的密度，并計算其相對密度(純ZnO的理論密度取5.675 g/cm3)；用游標卡尺測量燒結(jié)后的MgxZn1-xO靶材的粒徑，并計算坯體燒結(jié)的收縮率.

2 結(jié)果與分析

2.1 靶材XRD測試

對1 450 ℃燒結(jié)溫度下制得的各組摻雜比的樣品進行XRD圖譜分析，結(jié)果如圖1.由圖1可知，與摻雜比x=0.12的樣品相比，摻雜比為x=0.20樣品的XRD圖譜除了有ZnO衍射峰外，還出現(xiàn)了MgO衍射峰，說明這是一個過渡區(qū).隨著摻雜比的增大，MgO的衍射峰增強，ZnO的衍射峰減弱.當Mg的含量較少時,Mg原子進入ZnO,替代部分Zn原子,MgxZn1-xO保持六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),隨著Mg含量的增加,當摻雜比為x=0.20時，六方相與立方相都存在.

圖1 MgxZn1-xO陶瓷靶材試樣的XRD衍射圖譜Fig.1 (Color online) XRD for MgxZn1-xO ceramic targets

2.2 致密性

收縮比為靶材燒結(jié)前后長度的比例，是粗略衡量燒結(jié)致密化程度的一個宏觀手段.靶材收縮比越大，一定程度上反映出靶材的致密性越高.圖2表示了各摻雜組分在不同燒結(jié)溫度時靶材的收縮比.由圖2可見，隨著燒結(jié)溫度的升高，收縮逐漸增加. 摻雜比x=0.06時，1 200 ℃燒結(jié)的靶材收縮比并不大，只有1.116%；當燒結(jié)溫度達到1 350 ℃時，靶材的收縮比明顯增大，大于1.145%，這說明此時燒結(jié)靶材的致密化程度比1 200 ℃時大幅提高；當燒結(jié)溫度為1 450 ℃時，靶材的收縮比達到最大值1.155%，靶材最致密的燒結(jié)溫度約在該溫度附近.當溫度大于1 500 ℃時，靶材的收縮開始下降，可能是因為靶材出現(xiàn)了過度燒結(jié).隨著MgO含量的增加，收縮比增加尤為明顯.當x=0.20和x=0.40時，收縮比顯著增加，這可能是因為摻雜比超過0.20時，MgO不能全部與ZnO形成固溶體，多余的MgO析出，這可以從XRD數(shù)據(jù)中得到證實，MgO原料粒徑很小，為200～300nm，表面能較大，收縮較明顯.另外，MgO密度小，松裝比大，導致收縮比較明顯.

圖2 各摻雜組分靶材收縮比與燒結(jié)溫度的關(guān)系Fig.2 (Color online) Shrinkage ratio vs sintering tenperature under different doping ratios

圖3為靶材相對密度與摻雜組分的關(guān)系.由圖3可知，各組分的靶材隨著溫度的升高，致密度先逐漸升高，然后稍有降低.隨著摻雜組分的增加，致密度隨溫度變化增加較為明顯，即MgO的引入，能有效地促進靶材的燒結(jié)致密化.x=0，即未摻入MgO時，隨著溫度升高，致密度變化并不明顯，即使是在1 500 ℃時，其致密度也僅為92.93%，這是因為純ZnO的燒結(jié)溫度較高，1 500 ℃還未達到適宜的燒結(jié)溫度，說明MgO的引入能有效促進ZnO的燒結(jié).同樣以x=0.06的樣品為例，在溫度低于1 200 ℃時，燒結(jié)靶材的致密度隨溫度上升而迅速增大，從生坯的60%增大到88.21%；隨著溫度的繼續(xù)升高，在1 450 ℃處取得最大值96.32%，此時靶材致密度變化趨勢與收縮比變化趨勢基本一致.然而，隨著溫度的進一步升高，靶材過度燒結(jié)的情形變得很明顯，因為其致密度在1 500 ℃時下降到95.6%，故最佳的燒結(jié)溫度是在1 450 ℃左右.1 550 ℃燒結(jié)時，x=0.06和x=0.12的靶材表面出現(xiàn)過度燒結(jié)的熔融痕跡.而當摻雜組分超過0.20時(x=0.20和x=0.40)，從致密度曲線可以看出，致密度在1 500 ℃時達到最大值，然后下降，故隨著摻雜含量的增加，靶材的最佳燒結(jié)溫度有所提高.

圖3 靶材相對密度與摻雜比的關(guān)系Fig.3 (Color online) Relative density vs doping ratio at different temperatures

2.3 掃描電鏡測試

圖4為1 450 ℃燒結(jié)溫度下MgxZn1-xO靶材的斷面形貌圖.由圖4可知，隨著MgO含量的增加，靶材的空洞逐漸減少，并且空洞尺寸減小.當摻雜比為x=0時，靶材的氣孔尺寸較大，直徑約為10μm，晶粒較大.x=0.06時，氣孔的尺寸顯著減小，顆粒之間已經(jīng)通過擴散相互靠攏在一起，形成了一定的連接面.隨著摻雜組分的增加，x=0.12時，靶材的氣孔尺寸變得更加細小均勻(200～300nm)，并且形成封閉的圓形氣孔，靶材晶粒大小均勻.圖4(f)是純MgO在1 450 ℃時燒結(jié)的斷面形貌，由圖4(f)可知，在1 450 ℃時，MgO斷口不夠致密，雖然晶粒細小，但裂紋較多，顆粒之間的結(jié)合不夠緊密. 摻雜比為x=0.20和x=0.40時，XRD數(shù)據(jù)表明，有多余的MgO在靶材中析出.比較圖4(d)和圖4(e)可知，x=0.40的斷面比x=0.20時更為復雜，沒有圖4(a)、(b)和(c)中的斷面光滑，這可能是因為MgO的晶粒粒徑很小，附著在ZnO晶界處，斷裂時，從ZnO相中拔出，形成了韌窩.雖然此時靶材致密度較高，但因MgO含量較高，在1 450 ℃燒結(jié)時強度較低，MgO可能成為靶材的裂紋源，這是靶材的強度下降的原因.故隨著MgO含量的增加，靶材燒結(jié)溫度有待提高.

2.4 力學性能

2.4.1 抗彎強度

對濺射靶材來說，最關(guān)鍵的性能指標是其晶粒的抗彎強度. 圖5為1 450 ℃時靶材抗彎強度與摻雜組分關(guān)系，由圖5可知，燒結(jié)溫度為1 450 ℃時，隨著摻雜含量的增加，抗彎強度呈先急增后減的趨勢，x=0.12時達到最大值94.56MPa，這可能是因為隨著MgO含量的增加，初始MgO溶于ZnO中形成固溶體，促進靶材的燒結(jié)，但隨著MgO含量的進一步增加，能固溶于ZnO中的MgO含量有限，多余的MgO析出.MgO的熔點為2 800 ℃，MgO需較高的燒結(jié)溫度，1 450 ℃未能達到其最佳燒結(jié)溫度，實驗表明，純MgO經(jīng)1 450 ℃燒結(jié)后的抗彎強度為25.00MPa左右.故當MgO含量較高時，靶材的抗彎強度隨著MgO含量的增加出現(xiàn)下降的趨勢，這與圖4分析較為符合.當MgO摻雜含量較高時，要適當提高燒結(jié)溫度.

圖4 不同摻雜比時在1 450 ℃燒結(jié)的靶材斷口形貌Fig.4 (Color online) SEM of the fracture surface at 1 450 ℃ under different doping ratios

圖5 1 450 ℃時靶材抗彎強度與摻雜比的關(guān)系Fig.5 Bending strength vs doping ratio at 1 450 ℃

2.4.2 維氏硬度

圖6為靶材HV硬度與摻雜組分的關(guān)系，由圖6可見，隨著摻雜組分MgO含量的升高，靶材樣品的維氏硬度逐漸增大.在燒結(jié)溫度為1 450 ℃，x=0時，靶材的硬度為152.000N/mm2；在x=0.06和x=0.12時，靶材硬度有所增加，但不是很明顯，當摻雜組分增加到x=0.20時，硬度顯著增加；當摻雜組分增加到x=0.40時，硬度達到最大值357.530N/mm2.x=1.00的純MgO的硬度較摻雜比為x=0.40的MgxZn1-xO靶材的硬度要小，仍將近是x=0時靶材硬度的2倍.

圖6 1 450 ℃時靶材HV硬度與摻雜比的關(guān)系Fig.6 Vickers hardness vs doping ratio at 1 450 ℃

2.5 導電性

MgxZn1-xO作為ZnO的一種摻雜靶材，其導電性是靶材性能的重要考察指標.圖7是在1 450 ℃時燒結(jié)的各摻雜組分靶材的方塊電阻，方塊電阻隨著摻雜含量的增加呈先緩慢增加，超過MgO在ZnO中的固溶度之后急劇增加的趨勢.x=0時，靶材的方塊電阻為819.36Ω；x=0.12時，方塊電阻為1MΩ；摻雜組分MgO超過在ZnO中的固溶度時，方塊電阻急劇增加，x=0.20時為15MΩ，x=0.40時達到最大值30MΩ.說明隨著Mg含量的增加，MgZnO靶材的導電性降低.

圖7 1 450 ℃時靶材方塊電阻與摻雜比的關(guān)系Fig.7 Sheet resistance vs doping ratio at 1 450 ℃

3 結(jié) 論

綜上研究可知：

1)當摻雜比x≤0.12時，MgO與ZnO形成固溶體，MgO的摻入能促進靶材的燒結(jié)致密化，靶材最佳燒結(jié)溫度為1 450 ℃；x≥0.20時，超過其在ZnO中的固溶度極限后，多余的MgO會留在燒結(jié)體中，靶材最佳燒結(jié)溫度為1 500 ℃，較x≤0.12時有所提高.

2)隨著MgO摻雜比的增加，同一燒結(jié)溫度下，靶材抗彎強度先增加后降低， 摻雜比為0.12時達到最大值94.56MPa.硬度則隨著Mg含量的增加一直增大.在1 450 ℃燒結(jié)， 摻雜比為0時，維氏硬度為152.000N/mm2； 摻雜比為0.40時，維氏硬度為364.045N/mm2.

3)靶材的導電性隨著MgO摻雜比的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢. 摻雜比為0時，方塊電阻為819.36Ω； 摻雜比為0.40時，方塊電阻降低為30.00MΩ.

/ References：

[1] Hoffman R L, Norris B J, Wager J F. ZnO-based transparent thin-film transistors[J]. Applied Physics Letters, 2003, 82(5):733-735.

[2] Gu Fubo,You Dan,Wang Zhihua, et al. Improvement of gas-sensing property by defect engineering in microwave-assisted synthesized 3D ZnO nanostructures[J]. Sensors and Actuators B: Chemical，2014,204:342-350.

[3] Masuda S, Kitamura K, Okumura Y, et al. Transparent thin film transistors using ZnO as an active channel layer and their electrical properties[J].Journal of Applied Physics, 2003,93(3):1624-1630.

[4] Al-Salman,Husam S,Abdullah M J, et al.Preparation of ZnO nanostructures by RF-magnetron sputtering on thermally oxidized porous silicon substrate for VOC sensing application[J]. Measurement,2014,59:248-257.

[5] Tsukazaki A, Ohtomo A, Kita T,et al.Quantum hall effect in polar oxide heterostructures[J]. Science, 2007, 315(5817):1388-1391.

[6] Poongodi G,Mohan K R,Jayavel R,et al.Influence of S doping on structural, optical and visible light photocatalytic activity of ZnO thin films[J].Ceramics International, 2014,40(9B):14733-14740.

[7] Huang Haiqin.Research of ZnO-based TFT[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2012.(in Chinese) 黃海琴. ZnO基薄膜晶體管的研制[D]. 北京：北京交通大學，2012.

[8] Oba F, Nishitani S R, Isotani S, et al. Energetics of native defects in ZnO[J]. Journal of Applied Physics, 2001, 90(2):824-828.

[9] Umezawa N, Sato M, Shiraishi K. Reduction in charged defects associated with oxygen vacancies in hafnia by magnesium incorporation:first-principles study[J]. Applied Physics Letters,2008,93(22):223104-1-223104-3.

[10] Zamiri R,Singh B,Bdikin I,et al.Influence of Mg doping on dielectric and optical properties of ZnO nano-plates prepared by wet chemical method[J].Solid State Communications,2014,195:74-79.

[11] Tsukazaki A,Akasaka S,Nakahara K,et al.Observation of the fractional quantum Hall effect in an oxide[J]. Nature Materials,2010,9(11):889-893.

[12] Lim S J, Kwon S J, Kim H,et al.High performance thin film transistor with low temperature atomic layer deposition nitrogen-doped ZnO[J]. Applied Physics Letters, 2007, 91(18):183517-1-183517-3.

[13] Lim S J, Kim J M, Kim D, et al.Atomic layer deposition ZnO:N thin film transistor: the effects of N concentration on the device properties[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2010,157(2):H214-H218.

[14] Shan F K, Kim B I, Liu G X, et al.Blueshift of near band edge emission in Mg doped ZnO thin films and aging[J]. Journal of Applied Physics,2004, 95(9):4772-4776.

[15] Sharma A K, Narayan J, Muth J F, et al. Optical and structural properties of epitaxial MgxZn1-xO alloys[J]. Applied Physics Letters,1999,75(21):3327-3329.

[16] Chhikara D，Srivatsa K M K , Senthil K. On the synthesis and characterization of ZnO/MgO nanocomposite by thermal evaporation technique[J]. Solid State Sciences, 2014,37:108-113.

[17] Ghosh R, Basak D. The effect of growth ambient on the structural and optical properties of MgxZn1-xO thin films[J]. Applied Surface Science, 2009, 255(16):7238-7242.

[18] Vijayalakshmi K, Renitta A, Karthick, K. Growth of high quality ZnO∶Mg films on ITO coated glass substrates for enhanced H2sensing[J]. Ceramics International, 2014, 40(4): 6171-6177.

[19] Shin S W, Kim I Y, Jeon K S, et al. Wide band gap characteristic of quaternary and flexible Mg and Ga co-doped ZnO transparent conductive thin films[J]. Journal of Asian Ceramic Societies, 2014,1(3):262-266.

[20] RyzhovaM V,Redkin A N,Yakimov E E.One-step vapor deposition of ZnO nanowires/MgO film composite structures[J].Materials Letters, 2014,136:318-321.

[21] Vashaei Z, Minegishi T, Suzuki H, et al. Structural variation of cubic and hexagonal MgxZn1-xO layers grown on MgO(111)/c-sapphire[J].Journal of Applied Physics, 2005, 98(5): 4911-1-4911-4.

[22] Shi K,Zhang P F,Wei H Y,et al. Energy band alignment of MgO(111)/ZnO(0002) heterojunction determined by X-ray photoelectron spectroscopy[J]. Solid State Communications, 2012,152(11):938-940.

[23] Ku C J, Duan Ziqing, Reyes P I, et al. Effects of Mg on the electrical characteristics and thermal stability of MgxZn1-xO thin film transistors[J].Applied Physics Letters,2011,98(12):123511-1-123511-3.

[24] Liu Xinyu,Li Haiqi,Jiang Minhong.Preparation and properties of ZAO ceramic targets by conventional solid-state reaction method[J]. Journal of Hunan University of Science and Technology, 2008,23(1):27-30.(in Chinese) 劉心宇,李海麒,江民紅.常壓固相燒結(jié)法制備ZAO靶材及其性能的研究[J].湖南科技大學學報，2008,23(1):27-30.

[25] Gao Qingqing, Yang Haitao. Preparation of MgO-doped ZnO(MgxZn1-xO) ceramic targets[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2014,36(6):5-9.(in Chinese) 高慶慶,楊海濤. MgxZn1-xO陶瓷靶材的制備[J]. 武漢理工大學學報，2014,36(6):5-9.

【中文責編：坪 梓；英文責編：木 南】

Effect of MgO doping ratio on the properties of MgxZn1-xO targets

Gao Qingqing1, Zhang Zhongjian2, Pi Chenbing1, Cai Xuexian1,Shang Fuliang1, Zhu Deliang1, and Yang Haitao1?

1) College of Materials Science and Engineering, Key Laboratory of Functional Materials of Shenzhen,Shenzhen Engineering Laboratory of Advanced Technology for Ceramics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, P.R.China 2)Zhuzhou Cemented Carbide Group Co. Ltd, State Key Lab of Cemented Carbide,Zhuzhou 412000, Hunan Province, P.R.China

MgxZn1-xO ceramic targets were prepared by using traditional solid-phase sintering method, and the effects of different MgO doping ratios and sintering temperatures on their microstructure, mechanical properties, density and electrical properties were studied. The MgxZn1-xO targets performance were characterized through specific analyses, including phase structure analysis by X-ray diffraction (XRD), fracture surface observation by scanning electron microscope (SEM), bending strength measurement by universal-testing machine, Vickers hardness measurement by micro Vickers tester, density measurement by Archimedes principle, and conductivity measurement by the four-probe method. Also, a preliminary understanding of the sintering mechanism of MgxZn1-xO targets was better understood on the basis of the characterization. The results show that the best sintering temperature increases with the increase of the MgO contentxinMgxZn1-xO. The optimal sintering temperature is 1 450 ℃, at the doping ratiox=0.12,andtheoptimalsinteringtemperatureis1 500 ℃,atthedopingratiox=0.20.Atthesamesinteringtemperature,thedensityincreaseswiththeincreaseofMgOcontent,whilethebendingstrengthfirstincreasesandthendecreaseswiththemaximumbendingstrengthbeing94.56MPaatthedopingratiox=0.12.ThehardnessalwaysincreaseswiththeincreaseofMgOcontent:Vickershardnessreaches152.000N/mm2withoutdoping,andthehardnessincreasesto364.045N/mm2atthedopingratiox=0.40.ThesheetconductivitygraduallydecreaseswiththeincreaseofMgOdopingratio.Thesheetresistanceis819.36Ωwhendopingratiois0anditincreasesto30.00MΩwhendopingratiox=0.40.

materials processing; powder metallurgy; ZnO; MgxZn1-xO; ceramic target; sintering; doping ratio; mechanical property

：Gao Qingqing, Zhang Zhongjian, Pi Chenbing, et al. Effect of MgO doping ratio on the properties of MgxZn1-xO targets[J]. Journal of Shenzhen University Science and Engineering, 2015, 32(1): 82-88.(in Chinese)

TF125;TM

A

10.3724/SP.J.1249.2015.01082

國家自然科學基金資助項目(51371120，51302174)；深圳市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金資助項目(ZDSY20120612094418467)；深圳市科技研發(fā)資金基礎研究計劃資助項目(JCYJ20140418181958489)

高慶慶(1988—)，男(漢族)，江西省九江市人，深圳大學碩士研究生．E-mail：gauc10@sina.cn

Received：2014-07-07；Accepted：2014-10-14

Foundation：National Natural Science Foundation of China(51371120，51302174)；Shenzhen Strategic Emerging Industry Development Funds Projects(ZDSY20120612094418467);Shenzhen Science Technology Research Foundation for Basic Project(JCYJ20140418181958489)

? Corresponding author：Professor Yang Haitao. E-mail: yanght63@szu.edu.cn

引 文：高慶慶， 張忠健， 皮陳炳， 等． 不同MgO摻雜比對MgxZn1-xO靶材性能的影響[J]. 深圳大學學報理工版，2015，32(1)：82-88.