O2氣流量對ZAO薄膜沉積速率的影響
圖1 是不同流量的O2氣對沉積速率的影響曲線。工藝參數(shù)為: 反應(yīng)氣壓0.7 Pa，沉積溫度200℃，濺射功率140 W。由圖1 可以看出，隨著氧氣流量的提高，濺射氣氛中氧分壓的逐漸增加，薄膜的生長速率呈現(xiàn)出3種不同的變化狀態(tài)。在3～4 sccm 之間存在著2 個拐點，在第1個拐點之前，沉積速率變化緩慢，為狀態(tài)1。在兩個拐點之間，沉積速率急劇下降，為狀態(tài)2。在第2 個拐點之后，沉積速率減小變緩,而且速率的變化可以用一條直線來描述，為狀態(tài)3。
圖1 O2 氣流量對ZAO 薄膜沉積速率的影響
我們根據(jù)反應(yīng)濺射的機理分析[9]，Ar、O 兩種氣態(tài)粒子在稀薄氣氛中（真空條件下）相碰撞時，根據(jù)能量與動量守恒的要求，不可能在氣相中耗散掉反應(yīng)生成熱，所以就不可能反應(yīng)生成ZAO 薄膜，那么ZAO 薄膜的生成過程必然是在固體表面進行。在狀態(tài)1 時，當O2 氣分壓強很低而濺射速率還比較高時，ZAO 薄膜的合成發(fā)生在基片表面，膜的化學(xué)配比取決于Zn、Al 粒子和O+離子到達基片的相對速率，這種狀態(tài)我們稱之為金屬模式。這種情況下，靶表面的反應(yīng)情況是：靶表面ZAO 薄層被轟擊分解或剝離的速率遠大于它的生長速率而使靶表面處于較清潔的金屬狀態(tài)，無沉積物出現(xiàn)而保持了同純Ar 濺射相似的沉積速率。濺射速率隨著O2 氣分壓強增大進入狀態(tài)2 后，逐漸下降，達到某一臨界值時，在靶表面形成ZAO 薄層速率超過分解速率。此時，沉積速率急劇下降。
下降的原因一部分是因為ZAO薄層的濺射產(chǎn)額比Zn、Al 金屬低，另一部分是因為ZAO 薄層的二次電子發(fā)射系數(shù)比Zn、Al 高，使得入射離子能量更多用于產(chǎn)生和加速二次電子，第三個原因是因為O+ 離子比Ar+ 離子的濺射效率低。這時靶面刻蝕區(qū)表面形成ZAO 薄層，并且面積逐漸增大而出現(xiàn)靶中毒的現(xiàn)象。當環(huán)形中毒區(qū)面積基本穩(wěn)定后，沉積物與靶面附著牢固，靶面已經(jīng)形成穩(wěn)定的ZAO 薄層，此時濺射完全進入“氧化物”模式即為狀態(tài)3，此時的濺射效果應(yīng)該與直接濺射ZnO 靶的效果一樣。
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