硫化锌（ZnS）靶材凭借其高纯度、宽带隙（约3.68 eV）及优异的物理化学性能，成为光电子、半导体、生物医学等领域的“隐形基石”。随着制备技术的不断突破，硫化锌靶材正从实验室走向产业化，推动着多个行业的革新。本文将从其核心性能出发，深入解析其应用方向及未来潜力。

一、性能优势

1.光学性能卓越

硫化锌具有高折射率（2.35）和宽带隙，使其在紫外至红外波段（8-12μm）均表现出高透射率，是红外窗口、激光光学元件的理想材料。

2.电学与热稳定性

高电子迁移率（>100 cm²/V·s）和耐高温性（>1000℃），使其在半导体器件和极端环境（如航天传感器）中表现稳定。

3.化学与生物相容性

耐腐蚀、抗氧化特性扩展了其在化工和生物医学的应用，例如作为药物载体或荧光标记物时兼具安全性与功能性。

二、硫化锌靶材的主要制备方法

1.真空热压法

①工艺步骤：将碳粉（如石墨）与硫化锌粉末按比例混合（如C含量0.04%~2.6%），经球磨均匀后装入石墨模具，在真空环境中进行高温高压处理，最终冷却成型。

②优势：掺入碳可显著提高靶材的导电性和成型性能，减少石墨模具对材料的影响；无需预压步骤，工艺简化且适合工业化生产。

③关键参数：热压温度、压力及时间需精确控制，以获得高相对密度和适中电阻率（4200~4600 Ω·cm）的靶材。

2.化学沉淀法结合提纯工艺

①原料处理：以锌废料回收的硫酸锌溶液为原料，通过硫化钠溶液沉淀硫化锌粗产物，再经硫化铵溶液精制、洗涤、真空干燥及高温焙烧（500℃）获得高纯硫化锌。

②提纯步骤：包括锌粉置换除杂、氧化剂（如过氧化氢、高锰酸钾）去除金属杂质，以及高分子絮凝剂辅助分离沉淀物。

③特点：适用于原料回收场景，产物纯度较高，但流程较长且需严格防污染控制。

3.粉末冶金法

①流程：将硫化锌粉末与添加剂（如石墨）混合后压制、烧结成型，适用于复杂合金或高熔点材料的靶材制备。

②优势：可精确调控靶材的微观结构和化学成分，但需优化颗粒分布以提升致密度

三、溅射工艺参数控制

1.温度管理

①溅射温度不宜过高，高温易导致靶材与背板（如无氧铜）发生氧化、翘曲甚至开裂，造成背靶脱落。建议根据靶材致密度和镀膜需求设定适宜温度区间。

②循环冷却水出水口温度应低于35℃，以保障散热效率，避免因局部过热导致焊料熔化或靶材变形。

2.电流调节

①溅射电流需缓慢加大，避免电流突变引发靶材热应力集中，降低开裂风险。

②高电流可能加速导热，需配合冷却系统动态调整，防止靶材与背板界面因温度梯度产生分离。

四、应用方向

1. 光电子行业：驱动技术革新

①光电探测器与LED：硫化锌的宽带隙特性使其在紫外光电探测器中灵敏度极高，广泛应用于军事侦察和火焰检测；同时作为蓝光/紫外LED的活性层，提升照明与医疗设备的性能。

②显示技术：在OLED和LCD中，硫化锌薄膜可优化发光层效率，实现更高分辨率和色彩饱和度，例如DLP投影系统的亮度提升30%以上。

2. 新能源与环保：助力可持续发展

①太阳能电池：作为CIGS和CdTe薄膜电池的缓冲层，硫化锌可将光电转换效率提升至22%以上，同时降低制造成本。

②光催化降解：纳米硫化锌通过光催化作用分解污染物，如海上石油泄漏处理，其降解效率比传统材料高40%。

3. 生物医学：精准医疗的突破

①荧光标记与成像：硫化锌纳米颗粒作为生物标记物，在癌症早期诊断中实现高对比度成像，灵敏度达皮摩尔级别。

②靶向药物输送：通过表面修饰，硫化锌载体可精准定位肿瘤细胞，药物释放效率提升60%，减少副作用。

4. 军工与航天：守护国家安全

①红外光学系统：用于导弹整流罩和卫星遥感镜头，耐受宇宙射线和极端温差，保障高精度成像。

②高能激光武器：作为光束控制元件材料，支撑定向能武器的研发，提升能量传输稳定性。

5. 化工与材料：传统行业的新活力

①高性能颜料与涂料：硫化锌的白色不透明性和耐候性，使其成为高端涂料的核心成分，遮盖力比传统材料高20%。

②陶瓷增强剂：纳米硫化锌可降低陶瓷烧结温度至1200℃，同时提升釉面光洁度和抗菌性能。