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(dāng)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(dá)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(yuǎn)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(dá)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(dāng)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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