以Er3+/Yb3+摻雜的ZnO燒結陶瓷為靶材，利用射頻磁控濺射技術在石英玻璃上制備了高度c軸取向的納米Er3+/Yb3+摻雜的ZnO薄膜，利用X射線衍射、棱鏡耦合、盧瑟福背散射等技術研究了所沉積薄膜的結構和光波導特性，結果表明:薄膜中均出現(002)衍射峰，且隨著溫度的增加，衍射峰半高寬減小，強度增大，(100)晶面逐漸消失。600℃時出現(004)晶面，薄膜的模有效折射率接近ZnO晶體的折射率。

　　ZnO是Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度為3.3eV，激子束縛能為60MeV，具有六方晶格結構，晶格常數a=0.325nm，c=0.52nm。氧化鋅薄膜具有優良的光學、電學性能和化學穩定性，可以用來制作半導體壓電器件、表面聲波器件、太陽能電池、聲光器件與氣敏器件等。到目前為止，已應用多種技術成功的制備出了ZnO薄膜。在眾多制備方法中，磁控濺射法由于其高速、低溫、低損傷，成膜均勻、致密，純度高、附著力強，應用靶材廣、成本低等優點被廣泛用來制備ZnO薄膜。摻雜的ZnO薄膜具有良好的光電特性，可廣泛應用于制造柔性發光器件、透明電磁屏蔽、LED等。由于其具有較高的透光率和較大的禁帶寬度，也可用于一些低損耗的光波導器件中。目前，作為透明導電膜的各種摻雜的ZnO薄膜已經被大量研究并應用于電荷耦合成像器件及其他領域。本文是采用磁控濺射技術制備高度c軸擇優取向的Er3+/Yb3+的摻雜ZnO波導薄膜，研究了不同的襯底溫度對Er3+/Yb3+摻雜ZnO薄膜特性的影響，為以后研究波導中的稀土離子發光做基礎。

　　1、實驗方法

　　采用FJL560型超高真空多功能磁控與離子束聯合濺射鍍膜設備，在石英玻璃基底上沉積Er3+/Yb3+共摻ZnO薄膜。在沉膜之前，首先對基底進行擦洗，然后用KC-250W超聲波清洗機進行清洗，清洗液分別為去離子水+酸堿清洗劑，去離子水和無水乙醇，用來除去表面灰塵。靶材為直徑76mm厚度6mm的鉺鐿摻雜氧化鋅燒結陶瓷，其中鉺、鐿和氧化鋅的摻雜比例為1：4：95，本底真空1.3×10-4Pa，工作氣體采用純度為99.999%的O2和Ar，氧氣與氬氣的流量比是16ml/min：2ml/min(標準狀態)，起弧氣壓1Pa，工作壓強0.7Pa，沉膜時間7h，濺射功率120W、反射功率2W，基底溫度分別是25，200，400，600℃，襯底托盤的轉速20r/min。采用日本RigakuD/MAX-RA型X射線衍射(XRD)儀(CuKα輻射波長為0.15406nm，掃描速度4°/min)分析薄膜的結構特性及其結晶情況。使用美國Metricon公司生產的Model2010型棱鏡耦合儀測量薄膜波導及其有效折射率。采用盧瑟福背散射(RBS)技術測量薄膜的厚度，從而給出膜的沉積速率。

　　2、結果與討論

　　2.1、XRD分析

　　圖1是基底溫度分別為25，200，400，600℃時沉積的Er3+/Yb3+共摻ZnO波導薄膜XRD譜圖。圖1表明，所有樣品中均出現了(002)衍射峰，樣品制備時的基底溫度越高，(002)衍射峰的強度越大，且峰的半高寬(FWHM)越窄，說明樣品沉積時基底的溫度對膜的結晶狀況有較強的影響[15]。圖1還顯示出，當基底溫度在25℃及200℃時，薄膜除(002)衍射峰外出現了(100)衍射峰，說明晶�？裳夭煌�方向生長，呈現多晶向狀態。當基底溫度在400℃以上時，(100)衍射峰消失，并在600℃時出現(004)衍射峰。此結果表明，只有沉時基底溫度高于某個值時，才可沉積出具有高度c軸擇優取向的Er3+/Yb3+共摻ZnO薄膜。這一結果和SeongJunkang等[16]在文章中指出隨著溫度的升高，薄膜的(002)衍射峰的強度變大，薄膜的取向性更好的結果是一致的。增加基底溫度有利于增強Er3+/Yb3+共摻ZnO薄膜的c軸擇優取向，提高結晶質量。但是溫度不能過高，否則會導致晶粒中氧和鋅的化學比例失調，出現柱狀晶。

圖1 不同襯底溫度下薄膜的XRD圖

　　結論

　　利用磁控濺射技術在多種條件下制備出Er3+/Yb3+摻雜的ZnO薄膜，通過XRD、棱鏡耦合、RBS等技術對薄膜結構和光波導特性進行了研究，結果表明:沉膜時的基底溫度對膜結晶特性有重要影響，當基底溫度低于200℃時，薄膜出現了(002)和(100)衍射峰，當基底溫度高于400℃時，樣品的(100)衍射峰消失，只有(002)和(004)衍射峰。表明基底溫度高于某個值時，沉積的摻雜ZnO薄膜有高度c軸擇優取向。測量膜的有效折射率為n0=1.9871，ne=1.9646，膜的厚度為875.75nm，膜的沉積速率為123nm/h。