3 结果分析与讨论 10

3.1 MgZnO 薄膜结构特性研究 10

3.2 MgZnO 薄膜的光学特性分析 19

结 论 23

致 谢 24

参考文献 25

1 引言

随着宽带隙材料的越来越热，宽带隙半导体紫外探测器的研究的不断深入，ZnSe 材料由于受激发射时的高温而造成大量增殖，导致其探测器寿命缩短，GaN 材料由于 设备昂贵，生长温度较高，没有匹配的生长衬底，导致薄膜生长困难、缺陷较大等因 素而逐渐被 ZnO 材料所取代，与此同时，这两种材料的探测器光谱范围有限，相比之 下，ZnO 则具有更加优越的性能。

ZnO 为六角纤锌矿结构，它作为一种无毒无害，原料广泛，热稳定性好，束缚激 子能高（60emV）且 c 轴取向好的直接带隙半导体材料而逐渐受到人们的青睐[1-3]。更 重要的是，虽然其带隙宽度仅约为 3.37eV，但 MgO 的禁带宽度却高达 7.8eV，因此， 人们在 ZnO 的基础上通过掺杂 Mg 来获得 MgZnO 合金，使得 MgZnO 不但具有和 ZnO 相似的结构和光学特征，还具有生长温度低，无毒，原料丰富以及带隙调制范围宽的 优点[4-10]，即实现了 MgZnO 带隙在一定范围内的连续可调，禁带宽度范围在 3.37-7.8eV 之间，从而使得其具有更加广阔的应用范围，MgZnO 材料在日盲波段探测器和量子 阱上应用广泛就是源于此[11-13]。

1.1 MgZnO 薄膜的制备方法

随着 MgZnO 薄膜制备技术的不断进步和发展，目前比较成熟的制备 MgZnO 薄 膜的方法有：射频磁控溅射法[14]、真空蒸发镀膜法、脉冲激光沉积法[15]、分子束外延 镀膜法[16,17]、离子镀膜法、化学气相沉积法和溶胶凝胶法[18,19]等等。接下来，我们侧 重介绍其中的三种制备方法。

（1）磁控溅射法：它是一种是在直流和交流溅射的基础上引入了电场正交的磁 场的方法，主要利用了磁场对带电粒子的约束作用，从而提高了等离子体的密度并增 加了溅射率。

张吉英，蒋大勇等人[20]采用 Mg/Zn 原子比为 1:1 的 MgZnO 陶瓷靶利用磁控溅射 制备 MgZnO 薄膜，用高纯度氩气和氧气作为溅射反应气体，还采用低压金属有机化 学气相沉积的方法在石英和蓝宝石衬底上生长 MgZnO 薄膜以改善薄膜质量。

同样的，邬小鹏和傅竹西[23]采用射频磁控溅射，用高纯度 ZnO 粉末和 MgO 粉末 制备不同 x 取值的 MgxZn1-xO 作为溅射靶材，溅射气氛中氩气与氧气原子比 54:1，衬 底采用了清洗过的 Si 和石英基片，生长时加热温度达到了 300℃。

本实验采用磁控溅射方法制备 MgZnO 薄膜的原因是因为这种方法具有沉积速率

高、衬底温度相对较低、薄膜附着性好、易控制并能实现大面积沉积、形成的薄膜致 密且厚度均匀等优点。同时，它也存在一些缺点：例如，离子束溅射沉积率很小；较 大的离子轰击能量和密度，增大了表面的粗糙度，导致了散射损耗的增加；另外，离 子源工作气体的合理选择也非常重要，那是因为不同的气体对同一种膜料存在着不同 的吸收。

（2）脉冲激光沉积法：是一种利用激光将物质轰击出来并沉淀在衬底上，从而 沉积薄膜的一种制备方法。脉冲激光沉积的优点有：容易获得目标所需的化学计量比， 从而保持了成分的稳定性；沉积速率与其他方法相比较高，对衬底温度的要求也比较 的低；可供选择的靶材种类多，没有限制；兼容性也比较好，易制得较为均匀的薄膜。