O2气流量对ZAO薄膜沉积速率的影响
图1 是不同流量的O2气对沉积速率的影响曲线。工艺参数为: 反应气压0.7 Pa，沉积温度200℃，溅射功率140 W。由图1 可以看出，随着氧气流量的提高，溅射气氛中氧分压的逐渐增加，薄膜的生长速率呈现出3种不同的变化状态。在3～4 sccm 之间存在着2 个拐点，在第1个拐点之前，沉积速率变化缓慢，为状态1。在两个拐点之间，沉积速率急剧下降，为状态2。在第2 个拐点之后，沉积速率减小变缓,而且速率的变化可以用一条直线来描述，为状态3。
图1 O2 气流量对ZAO 薄膜沉积速率的影响
我们根据反应溅射的机理分析[9]，Ar、O 两种气态粒子在稀薄气氛中（真空条件下）相碰撞时，根据能量与动量守恒的要求，不可能在气相中耗散掉反应生成热，所以就不可能反应生成ZAO 薄膜，那么ZAO 薄膜的生成过程必然是在固体表面进行。在状态1 时，当O2 气分压强很低而溅射速率还比较高时，ZAO 薄膜的合成发生在基片表面，膜的化学配比取决于Zn、Al 粒子和O+离子到达基片的相对速率，这种状态我们称之为金属模式。这种情况下，靶表面的反应情况是：靶表面ZAO 薄层被轰击分解或剥离的速率远大于它的生长速率而使靶表面处于较清洁的金属状态，无沉积物出现而保持了同纯Ar 溅射相似的沉积速率。溅射速率随着O2 气分压强增大进入状态2 后，逐渐下降，达到某一临界值时，在靶表面形成ZAO 薄层速率超过分解速率。此时，沉积速率急剧下降。
下降的原因一部分是因为ZAO薄层的溅射产额比Zn、Al 金属低，另一部分是因为ZAO 薄层的二次电子发射系数比Zn、Al 高，使得入射离子能量更多用于产生和加速二次电子，第三个原因是因为O+ 离子比Ar+ 离子的溅射效率低。这时靶面刻蚀区表面形成ZAO 薄层，并且面积逐渐增大而出现靶中毒的现象。当环形中毒区面积基本稳定后，沉积物与靶面附着牢固，靶面已经形成稳定的ZAO 薄层，此时溅射完全进入“氧化物”模式即为状态3，此时的溅射效果应该与直接溅射ZnO 靶的效果一样。
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