采用直流與射頻雙靶共濺射的方法在玻璃襯底上制備Cu摻雜的ZnO薄膜，并研究了Cu的濺射功率以及氧分壓對薄膜結構和光電性能的影響，利用X射線衍射儀(XRD)、紫外可見光分光光度計(UV-VIS)以及霍爾測試儀(HALL8800)分別對樣品的結構、光學特性以及電學特性進行表征，結果表明，薄膜的結晶質量隨Cu濺射功率的增大有所提高，超過一定范圍開始降低，而透過率則一直減小，增大氧分壓可以改善樣品的透過率。Cu的摻入使薄膜發生了由n型向p型的轉變，且富氧條件下有利于這種轉變。

　　作為第三代化合物半導體材料的ZnO，具有3.37eV的禁帶寬度以及高達60meV的激子束縛能，在制備藍光或紫外光等光電器件上展現出更廣闊的應用前景。ZnO:Cu(ZCO)是通過在ZnO中摻入Cu而形成的一種與ZAO(ZnO：Al)相似的透明導電氧化物薄膜，Cu以替位的形式取代ZnO中的Zn離子，具有和ITO類似的光電性能。并且Cu的摻入能給體系中引入自旋，自從ZnO被預測有望制得居里溫度高于室溫的稀磁半導體以后，對Cu摻雜ZnO薄膜的研究掀起了新的熱潮。與其他半導體材料相比，ZnO無毒、原料易得，并且價格低廉，因此受到國內外的廣泛關注。

　　對ZnO進行摻雜可獲得具有優良光學性能和電學性能的透明導電氧化物薄膜，尤其當摻雜源為過渡金屬時，薄膜本身會呈現出一些新的性質，作為過渡金屬元素的Cu具有和Zn相似的電子殼層結構，并且其物理和化學性質與Zn相類似，這使得Cu容易進入ZnO晶格中。為了實現ZnO基半導體器件在實際中的大規模應用，需要制備高質量的n型ZnO和p型ZnO，其中如何制備出高質量的p型ZnO成為制約ZnO基半導體器件發展的決定性因素。本文通過采用新的制備方法(直流-射頻雙靶共濺射)成功制備出Cu摻雜的p型ZnO薄膜。并分析了Cu靶濺射功率與氧分壓對薄膜結構及性能的影響。

1、實驗

　　采用JGP-450A型磁控濺射沉積系統，通過直流-射頻反應共濺射的方法制備ZCO薄膜，金屬Zn(99.99%)與金屬Cu(99.99%)為靶材。直流濺射與射頻濺射對于純金屬靶材其濺射組分是一樣的，只有濺射速率不同，相同功率下射頻濺射速率較低。在本實驗中，所需樣品的Cu摻雜濃度均較低，故Zn靶采用直流濺射，Cu靶采用射頻濺射，以便提高Cu靶功率，從而使實驗精度得以提升。氧氣(99.999%)為反應氣體，氬氣(99.999%)為濺射氣體，襯底為普通載玻片(#7101)，襯底溫度250℃，襯底與靶材間距離為60mm，本底真空為4×10-4Pa，濺射氣壓保持2.0Pa不變，制備前依次用丙酮、無水酒精、去離子水超聲波清洗基底，并在真空干燥箱中烘干。濺射開始時先通氬氣進行預濺射除去靶材表面的氧化物以達到清洗靶材的目的，預濺射時間為30min。制備過程中通過改變Cu靶的濺射功率來控制Cu的摻雜濃度，Zn靶濺射功率保持50W不變。

　　利用X射線衍射儀(RigakuD/max-rB，日本理學電機)對薄膜的結構進行表征，分析不同Cu濺射功率以及不同氧分壓下薄膜的結晶質量以及主峰峰位的變化。用紫外可見光分光光度計(UV2450，日本島津)測量薄膜的透過率隨濺射功率以及氬氧比的變化;用霍爾效應測試儀(HALL8800，臺灣飛白技術服務股份有限公司)測量薄膜的電阻率、載流子濃度、遷移率以及導電類型，并探究濺射功率和氬氧比的對其電學性質的影響。所有測試均在室溫下進行。

3、結論

　　采用直流與射頻共濺射的方法分別在氬氧比為6:1和2:1的條件下制備不同Cu摻雜濃度的ZnO薄膜，比較了氧分壓以及Cu靶濺射功率對薄膜結構及光電性能的影響。XRD分析表明，Cu的引入使薄膜的擇優取向增強，適當的摻雜濃度可以提高薄膜的結晶質量，超過一定范圍結晶質量下降，在富氧條件下制備的薄膜結晶質量均有所提高。光透過率測試結果表明，摻雜樣品的可見光透過率比本征ZnO要小，并隨摻雜濃度的增加呈減小趨勢，且短波吸收限發生紅移。增大氧分壓會改善薄膜的可見光透過率，使制備的樣品達到80%以上。在對薄膜電學特的研究過程中發現，樣品發生n型向p型的轉變，增加起受主作用雜質的濃度或減小補償受主雜質的施主缺陷的濃度均有助于制備p型薄膜。