反应磁控溅射法制备金属掺杂ZrO2薄膜及其特性研究

【摘要】：二氧化锆薄膜由于具有较高的硬度、较好的耐磨损耐腐蚀性质、良好的化学稳定性和热稳定性以及优异的光学特性,使其在记忆材料、微电子材料、强激光应用、光气敏传感器、光学薄膜和国防科技等领域中得到应用.所以制备高质量二氧化锆薄膜以及金属掺杂的二氧化锆薄膜对研究其特性以及改善其特性具有重要的意义. 本文利用直流反应磁控溅射法在Si(100)和玻璃基底上分别制备了Zr02薄膜,并通过控制实验参数获得了不同基底上在(111)方向择优取向的单斜结构Zr02薄膜的最佳制备条件.并对在最佳制备条件下Si基底上制备的Zr02薄膜进行800℃,900℃和1000℃退火处理.通过XRD和Raman分析,薄膜经过退火处理后结晶性增强,薄膜晶粒变得大而均匀.用分光光度计测试薄膜的反射率和透射率,氧气含量的增加和工作压强的增高有利于薄膜透射率的提高,退火处理后的薄膜相比未经退火处理的薄膜的反射率均下降. 之后,利用直流和射频共溅射的方法在Si(100)基底和玻璃基底上分别制备金属A1和Cu掺杂的Zr02薄膜.通过XRD分析,金属A1和Cu的掺杂使薄膜的衍射峰强度有所下降.SEM图像显示A1和Cu的掺杂使Si基底上的薄膜晶粒变大,使玻璃基底上的薄膜结构更加致密,粗糙度下降.分光光度计分析,A1掺杂使薄膜反射率有下降趋势,而适量Cu的掺杂可以提高薄膜反射率.Al的掺杂使透射率有所增大,而Cu的掺杂使薄膜在可见光范围内的透射率下降,但在900-1300nm范围内Cu的掺杂使薄膜透射率优于未掺杂的薄膜.通过计算薄膜的带隙,发现A1的掺杂使薄膜带隙变大,由4.74eV增加到4.97eV,而Cu的掺杂使薄膜带隙变小,由4.74eV减小到4.59eV.