一、薄膜的常用制备方法介绍
ZnO 薄膜的制备主要有以下几种方法：射频磁控溅射、分子束外延（MBE）、金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD）、脉冲激光沉积（PLD）、原子层淀积（ALD）以及溶胶-凝胶法（Sol-gel）等。下面先简单介绍后五种方法，着重介绍射频磁控溅射法。 1、分子束外延法（MBE）
分子束外延法（MBE）可以制备得到高质量的光电子器件外延薄膜，因此该技术迅速的发展起来，其工作原理就是系统在超高真空条件下，衬底经原子级清洁后，将具有一定热能的一种或多种分子（原子）束流直接喷射到晶体衬底上，在衬底表面发生化学反应，通过控制分子束流对衬底的扫描，在衬底上按原子或分子排列生长而形成薄膜。分子束外延法的生长机理非常复杂，涉及到入射分子、原子在衬底表面的吸附、分解、迁移、结合、脱附等复杂环节。
该技术的优点是：衬底温度低，膜层生长速率慢，分子束流强度易于控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而易于调整，利用分子束外延法生长的薄膜质量很高，当多层生长时具有陡峭的界面，且可利用在位监测技术精确的研究薄膜生长的过程等。但生长速度慢，大约0.01~1 nm/s，当生长比较厚的薄膜需要较长周期，同时由于设备工作需要超高真空度，因此设备制造和维护成本都很昂贵。
2、金属有机化合物化学气相淀积法（MOCVD）
金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。其原理是先将反应室中的衬底加热，然后通过载气将有机化合物及其它气源送至衬底的上方，随着基底温度的升高，混合气体和气固界面发生一系列的化学和物理变化，最终在衬底表面生成外延层。金属有机化合物化学气相沉积系统一般包括：气体传送系统、反应室、尾气处理和控制系统等。其中最核心的部分是反应室，它决定着所生长的外延层的厚度、异质结界面的梯度、组分均匀性以及本底杂质浓度等因素。MOCVD 生长机制十分复杂，涉及到多组份、多相反应物的输运以及反应物间的复杂的物理变化和化学反应。
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MOCVD 的最大优点就是应用范围广，几乎可以生长所有化合物及合金半导体，此外，MOCVD 法可对化合物的组分进行精确控制，生长薄膜的均匀性和电学特性重复性好；反应装置简单，生长基底温度范围较宽，可进行大规模生产。但是，MOCVD 设备较昂贵，需要精确控制的参数很多，其有机源在空气中容易自燃，生长时需要使用大量有毒气体等。
3、脉冲激光沉积（PLD）
脉冲激光沉积（PLD）是一种真空物理沉积的制备工艺，其工作原理就是在高真空室内，通过脉冲激光器产生的高功率脉冲激光聚焦于靶材使其蒸发，使蒸发物或直接沉积在衬底上，或与通入反应室的 气源或气源的等离子体进行反应，后沉积在衬底上成膜。反应过程为：首先脉冲激光聚焦于靶材并相互作用；其次相互作用后的材料进行动态反应；再次经烧蚀蒸发的材料与其它气源反应；最后在衬底上形成和生长晶体薄膜。
脉冲激光沉积（PLD）法的优点在于：无污染且易于控制生长参数，能精确控制化学计量，靶膜成分接近一致，薄膜的平整度也较高，能实现多层膜结构的生长，沉积速率高且适合超薄薄膜的生长。
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4、原子层淀积（ALD）
原子层淀积（ALD）是通过将气相前躯体脉冲交替地通入反应器，在沉积基体上化学吸附并发生化学反应而形成薄膜的一种方法。
原子层淀积法对基底温度和反应物通量的变化不太敏感，可以充分利用表面饱和反应，淀积的薄膜的厚度易于控制、稳定性能高、纯度高、密度高、平整且具有高度的保型性。与传统薄膜技术相比，原子层淀积在膜层均匀性、保形性、阶梯覆盖率以及膜厚度控制等方面都有明显优势。
5、溶胶-凝胶法（sol-gel）
溶胶-凝胶法（sol-gel）主要包括胶体（colloid）、溶胶（Sol）以及凝胶（Gel）等三种成分。溶胶－凝胶法的作前驱体是含高化学活性组分的化合物，在液态下将这些原料进行均匀混合、水解、缩合反
应，形成稳定的透明溶胶体，然后将溶胶与陈化胶粒进行缓慢聚合，最终形成立体网络结构的凝胶，之后将凝胶干燥、烧结固化制备出分子或纳米结构的材料。溶胶-凝胶法具有化学反应容易进行，合成温度较低，反应物之间混合均匀且掺杂均匀（在分子水平上）等优点。但sol-gel 法也存在一些问题，如溶胶-凝胶过程较缓慢（几天到几
周不等），由于存在大量微孔，在干燥过程中会产生收缩等。
6、射频磁控溅射法（RFMS）
1852 年，Grove 首次发现了溅射的现象，该现象是他在研究辉光放电时发现的。所谓溅射就是在某一基底温度下，固体或液体表面受到高能粒子(常为离子)轰击，则固体或液体表面的原子有可能获得足够的能量而逸出。溅射现象类似水滴落在平静的水面所引起的水花溅射现象。逸出的粒子大多呈原子状态，称为溅射原子。轰击靶材的高能粒子可以是中性粒子、电子或离子，其中大多采用离子作为轰击粒子，因为离子在电场下易于加速并获得所需动能，因此该粒子又称作入射离子。溅射原理现已广泛地应用于制备各种薄膜。如用于制备金属、合金、半导体、氧化物、绝缘介质薄膜、化合物半导体薄膜、碳化物及氮化物薄膜等。 溅射镀膜的原理是基于高能离子轰击靶材时的溅射效应，获得高能离子是通过辉光放电来实现的，即源于气体放电。辉光放电是在真空度约为1～10 Pa 的稀薄气体中，两个电极之间加上电压而产生的一
种气体放电现象。溅射技术可以采用不同的辉光放电方式：直流二极溅射的辉光放电方式采用的是直流；三极溅射的辉光放电方式是采用热阴极支持；射频溅射的辉光放电方式是射频辉光放电；磁控溅射的辉光放电方式是环状磁场控制下的辉光放电。
其中射频辉光放电是放电气体在一定的气压下，当极间所加交流电压的频率达到射频频率（一般在5～30 MHz）时，则可产生稳定的射频辉光放电。射频辉光放电的特征表现在两个方面：其一，在辉光放电产生的电子所获得的能量，足以产生电离，因而，减少了对二次电子放电的依靠，使击穿电压降低了；其二，射频电压的阻抗耦合方式可以是任意的，因此电极可以是非导体，因此，射频磁控溅射法可以溅射介质材料材料等任何材料，所以在溅射技术中广泛的应用了射频辉光放电。
实际上，溅射过程十分复杂，当入射粒子（通常为离子）通过与靶材碰撞，进行一系列能量交换，而入射粒子95%的能量用于激励靶材中的晶格热振动，仅有5%左右的能量传递给溅射原子（即从靶材中射出的粒子）。如图3-1 所示，溅射会产生的许多效应，例如入射离子反射，离子注入，入射离子在轰击过程中捕获电子后成为中性原子或分子并反射，离子轰击靶引起靶表面电子逸出（即次级电子），改变靶材表面的结构和组分，以及产生辐射射线等。
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古方温经贴图入射粒子与靶材表面的相互作用
以上介绍的溅射原理的是基于靶材为导体，像ZnO 这样非导体靶材，则不能使用直流溅射，这是因为离子在轰击过程中，由于正电荷会在靶材表面积累，从而阻碍了溅射的进行。解决的办法就是在靶材下面的金属电极上加一射频电势（常用13.56 MHz），这样在射频电势的作用下，在交变电场中振荡的电子具有足够高的能量产生离化碰撞，从而使放电达到自持，这就是“射频溅射”。由于射频场加在两个电极之间，从两极间逃逸的电子将不会在射频中振荡而获得足够高的能量，无法使气体离化而损失在辉光区中，为此，需要在平行于射频场的方向上施加一个磁场，以避免逸出的电子损失在辉光区
中，从而提高射频放电效率，这就是射频磁控溅射。
射频磁控溅射法淀积薄膜具有以下特点：
（1）任何物质均可以溅射，只要能做成靶，就能实现溅射。
（2）薄膜与衬底之间的结合紧密、附着性好。
（3）溅射所获得的纯度高，致密性好；
壶奥（4）溅射工艺可重复性好，膜厚可控，同时可以在大面积上获得厚度均匀的薄膜；
（5）溅射沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作用而升温；
溅射阈值、溅射率、溅射原子的速度和能量等是表征溅射特性的主要参数。
（1）溅射阈值：是指将把材料原子溅射出来所需入射粒子的最小能量值，与入射粒子的质量无明显关系，但与靶材有很大关系，随靶材原子序数的增加而减小。
（2）溅射率：又称为溅射产额或溅射系数，是指入射正离子轰击阴极靶材时，平均每个正离子可以从靶中打出的原子数。它与入射离子的能量、质量、种类、角度以及靶材的晶体结构、类型、升华热
、表面状态等因素有关，入射离子的质量越大，溅射率越高（碰撞时动量守恒）。国家林业局
（3）溅射原子的能量和速度：溅射原子所获得的能量与靶材种类、靶材温度、溅射压强、以及入射离子的种类和能量等因素有关。溅射原子所获得的能量值一般在1~10eV之间。溅射原子的能量和速度具有以下特点：1、原子序数越大的溅射原子，溅射逸出时能量就越高，而原子序数越小的溅射原子，溅射逸出时的速度越高；2、在相同轰击能量下，溅射原子逸出能随入射离子质量的增大而线性增加；3、溅射原子平均逸出能量随入射离子能量的增加而增大，但当入射离子能量达到某一较高值时，平均逸出能量区域稳定。
二、ZnO-TFT样品的制备
本文中ZnO-TFT 样品制备流程分为：清洗基片、制备氧化硅栅介质层、溅射有源层和蒸镀源、漏电极，制备流程如图2-1 所示，本节将依次介绍以上各工艺流程的制备工艺和相关原理。图2-2 给出了ZnO-TFT 样品制备完成后在金相显微镜下的照片，其中白部分为铝薄膜，充当源漏电极，灰部分为氧化锌薄膜，充当有源层，两电极之间的氧化锌为载流子沟道。
图2-1 ZnO-TFT 样品制备流程
图2-2 ZnO-TFT 样品在金相显微镜下的照片
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