用射頻磁控濺射制備ZnO 薄膜，研究了濺射功率、濺射氣體中氧氬以及工作氣壓對薄膜結構和光學性能的影響。通過對不同制備條件下的薄膜結構和薄膜的室溫透射譜的分析，得到了磁控濺射制備ZnO 薄膜的最佳工藝參數。

　　隨著能帶工程的日趨成熟，ZnMgO/ZnO 多層結構在改善ZnO 基光電器件的發光效率及調制發光波長上的作用日漸突出。而要實現ZnMgO/ZnO 多層結構應用的前提，是基于優化單層ZnO 和Znl-xMgxO 薄膜生長工藝參數，制備出c軸擇優取向、質量良好、表面平整均勻的薄膜[3-6]，然后在此基礎上，才有可能獲得質量和結構良好的ZnMgO/ZnO 多層結構。

　　在采用射頻磁控濺射在Si 和玻璃襯底上制備單層ZnO 薄膜時，薄膜會受到諸多因素的影響，主要有濺射功率、襯底溫度、氧氬比以及工作氣壓等。本文中將詳細討論這些因素對ZnO薄膜晶體質量，應力以及光學性能的影響。

　　1、ZnO 薄膜的制備

　　實驗采用沈陽科儀制造的JGP 型三靶共濺射鍍膜設備來制備薄膜。設備的主要技術指標：鐘罩尺寸Φ300mm×300mm，靶位3 個；極限真空度：≤6.5×10-5Pa；工作烘烤溫度：0～800℃，可調、可控;磁控靶電學參數：電壓0～1kV，電流0～5A，可調；最大電功率：8kW。

　　本實驗采用(100)Si 和普通玻璃作為襯底，薄膜直接在襯底上生長，沒有使用緩沖層。試驗中以高純度ZnO(99.999%)靶材，濺射靶材直徑為60mm，厚度為3mm。通入純度為99.999%的氬氣和氧氣分別作為濺射和反應氣體。

　　2、ZnO 薄膜的表征

　　薄膜的晶體結構采用SHIMADZU XRD-7000型X 射線衍射(X-ray Diffractometer，XRD)儀(Cu靶，Ka 輻射波長為0.154056nm)進行檢測。透射光譜用UV-2100 型紫外- 可見分光光度計(Ultraviolet-Visible Spectrophotometer，UV-VIS)測量薄膜的室溫透射譜。為消除載玻片基片所帶來的影響，在進行測試時，用一片未鍍膜的載玻片基片作為校準，對沉積在載玻片基片上的薄膜作了測試分析， 光譜掃描范圍從300nm-1000nm，掃描間隔為1nm。

　　3、濺射功率對薄膜結構的影響

　　為了研究濺射功率對ZnO 薄膜性能的影響，我們進行了下列對比實驗：固定其他工藝參數，如工作氣壓、氧氬比、襯底溫度等，濺射功率分別采用80W、100W、120W 和150W,濺射時間為1h。圖1 給出了不同濺射功率下生長的ZnO 薄膜X射線衍射圖譜。

圖1 不同濺射功率ZnO 薄膜的XRD 圖譜

　　基片所帶來的影響，在進行測試時，用一片未鍍膜的載玻片基片作為校準，對沉積在載玻片基片上的薄膜作了測試分析， 光譜掃描范圍從300nm-1000nm，掃描間隔為1nm。

　　4、濺射功率對薄膜結構的影響

　　為了研究濺射功率對ZnO 薄膜性能的影響，我們進行了下列對比實驗：固定其他工藝參數，如工作氣壓、氧氬比、襯底溫度等，濺射功率分別采用80W、100W、120W 和150W,濺射時間為1h。圖1 給出了不同濺射功率下生長的ZnO 薄膜X射線衍射圖譜。由衍射圖譜可看出，所有樣品均出現了較強的(002)衍射峰，表明樣品均為具有良好c 軸擇優取向的六角纖鋅礦結構;隨著濺射功率的提高，ZnO 薄膜的(002)衍射峰相對強度逐漸增加，薄膜的結晶質量得到提高，c 軸取向逐漸變強，當濺射功率為120W 時，薄膜的c 軸取向最強，但隨著濺射功率進一步提高，薄膜(002)衍射峰相對強度減弱，并出現了較弱的(100)晶面衍射峰，這說明薄膜的結晶質量可能變差，薄膜的c 軸取向減弱，并可能開始出現多向生長。當使用射頻磁控濺射技術在一定的襯底溫度下沉積ZnO 薄膜，濺射功率小時,被轟擊出來的離子動能較小,沉積速率較低, 因此沉積到襯底的粒子沒有足夠的能量擴散而被隨后沉積的離子覆蓋，使基底表面成核幾率減小。隨濺射功率的增加, 濺射出的離子增多,濺射速率加大,濺射出的粒子具有更高的動能,更有利于在襯底表面的橫向遷移,有利于ZnO薄膜的成核和生長，有利于提高結晶質量。但隨濺射功率的進一步提高,c 軸有序性被破壞從而會使ZnO 薄膜的結晶質量變差。

　　5、結論

　　本文采用射頻磁控濺射技術在玻璃上生長了ZnO 薄膜，優化了對薄膜性能有重要影響的主要工藝參數，分析了其中各個參數對獲得高質量ZnO 薄膜的影響，制備獲得了性能良好的ZnO 薄膜。確定ZnO 薄膜的最佳生長條件為:濺射功率120W，工作氣壓2Pa，氧氬比1:2。ZnO 薄膜在可見光區內的平均透過率均在80%以上，影響薄膜透過率因素主要有薄膜膜質量和厚度。隨著濺射功率增大，ZnO 薄膜的光學帶隙逐漸減小。其它工藝參數對ZnO 薄膜的光學帶隙影響不大。ZnO薄膜的光學帶隙約為3.27eV。