薄膜材料是目前材料科学领域研究的重要课题之一,主要是由于其在国防科技、计算机科学技术和光电工业等领域有着广泛的应用。目前,由金属氧化物(ZnO等)制备的薄膜材料在太阳能电池、紫外光探测器、气敏元件和发光器件等领域得到普遍应用。ZnO是一种由Ⅱ族与Ⅵ族元素组成的氧化物半导体材料,禁带宽度为3.3 eV。通过In、Al、Ga等Ⅲ族元素掺杂ZnO可以制备出性能优良的n型薄膜,此时薄膜电阻率一般较低;通过N、P、As等Ⅴ族元素掺杂ZnO有望制备出p型薄膜,此时薄膜电阻率一般较高。因此,我们可以考虑通过共掺杂制备出新型薄膜,这有益于扩大ZnO材料的应用范围。磁控溅射法是制备薄膜的一种物理沉积方法,具备制备温度低、薄膜生长快以及薄膜与基底的结合牢固等特点,基本可用于所有导体、半导体材料镀膜。本文采用射频磁控溅射法,在石英玻璃基底上制备NGZO薄膜。本文实验采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外/可见分光光度计(UV-vis)和霍尔效应测试仪等分别研究溅射工艺(溅射功率、溅射气压、基底偏压)、氮气流量和外加磁场对NGZO薄膜晶体结构、表面形貌和光电性能的影响。实验结果如下:1.实验制备的NGZO薄膜仍保持六角纤锌矿晶体结构,仍在(002)晶面且沿c轴择优生长。随着溅射功率的逐渐提高,(002)衍射峰强度逐渐增大,半高宽逐渐减小,NGZO薄膜结晶质量逐渐改善;薄膜表面的颗粒尺寸逐渐增大,颗粒分布均匀性逐步改善;薄膜对波长小于400 nm的光吸收较多,存在紫外截止特性,600~800 nm范围内薄膜的透过率在80%左右,光学带隙都比ZnO本身的禁带宽度大;薄膜电阻率逐渐减小,150 W时具有最小值3.06Ω·cm。2.随着溅射气压的提高,NGZO薄膜未改变ZnO原先的晶体结构,1.6 Pa时薄膜结晶状况最佳;薄膜表面颗粒尺寸不断增大;薄膜透过率在600~800 nm波段范围内基本高于80%;薄膜电阻率先减小后增大。3.随着基底偏压的提高,NGZO薄膜保持ZnO原先的晶体结构,在90 V时薄膜结晶状况最佳;薄膜表面颗粒尺寸逐渐增大,90 V时分布均匀性最佳;薄膜透过率在600~800 nm波段范围内平均在80%左右;薄膜电阻率先减小后增大,90 V时具有最小值1.54Ω·cm。4.在氩气流量保持不变的前提下,随着氮气流量的提高,NGZO薄膜与ZnO晶体结构一致,氮气流量在25 sccm时薄膜结晶状况最佳;薄膜表面颗粒尺寸随着氮气流量的增加逐渐增大;薄膜透过率图谱出现“红移”现象,透过率在600~800 nm波段范围内平均在82%左右;薄膜电阻率先减小后增大。5.随着外加磁场强度的逐渐提高,NGZO薄膜的结晶度和致密度逐渐提高;薄膜表面颗粒尺寸逐渐增大;透过图谱同样存在紫外截止特性,薄膜透过率在600~800nm波段范围逐渐提高;薄膜电阻率随磁场强度的提高逐渐减小。