MgZnO薄膜制备及其光电探测器研究(2)
1 引言
随着宽带隙材料的越来越热，宽带隙半导体紫外探测器的研究的不断深入，ZnSe
材料由于受激发射时的高温而造成大量增殖，导致其探测器寿命缩短，GaN材料由于
设备昂贵，生长温度较高，没有匹配的生长衬底，导致薄膜生长困难、缺陷较大等因
素而逐渐被ZnO材料所取代，与此同时，这两种材料的探测器光谱范围有限，相比之
下，ZnO则具有更加优越的性能。
ZnO为吹冰角纤锌矿结构，它作为一种无毒无害，原料广泛，热稳定性好，束缚激
子能高（60emV）且 c轴取向好的直接带隙半导体材料而逐渐受到人们的青睐[1-3]
。更
重要的是，虽然其带隙宽度仅约为 3.37eV，但 MgO的禁带宽度却高达 7.8eV，因此，
人们在ZnO的基础上通过掺杂Mg来获得MgZnO合金，使得MgZnO不但具有和ZnO
相似的结构和光学特征，还具有生长温度低，无毒，原料丰富以及带隙调制范围宽的
优点[4-10]
，即实现了MgZnO带隙在一定范围内的连续可调，禁带宽度范围在3.37-7.8eV
之间，从而使得其具有更加广阔的应用范围，MgZnO 材料在日盲波段探测器和量子
阱上应用广泛就是源于此[11-13]
。
1.1 MgZnO薄膜的制备方法
随着 MgZnO 薄膜制备技术的不断进步和发展，目前比较成熟的制备 MgZnO 薄
膜的方法有：射频磁控溅射法[14]
、真空蒸发镀膜法、脉冲激光沉积法[15]
、分子束外延
镀膜法[16,17]
、离子镀膜法、化学气相沉积法和溶胶凝胶法[18,19]
等等。接下来，我们侧
重介绍其中的三种制备方法。
（1）磁控溅射法：它是一种是在直流和交流溅射的基础上引入了电场正交的磁
场的方法，主要利用了磁场对带电粒子的约束作用，从而提高了等离子体的密度并增
加了溅射率。
张吉英，蒋大勇等人[20]
采用Mg/Zn原子比为 1:1 的MgZnO陶瓷靶利用磁控溅射
制备 MgZnO 薄膜，用高纯度氩气和氧气作为溅射反应气体，还采用低压金属有机化
学气相沉积的方法在石英和蓝宝石衬底上生长 MgZnO薄膜以改善薄膜质量。
同样的，邬小鹏和傅竹西[23]
采用射频磁控溅射，用高纯度 ZnO 粉末和 MgO粉末
制备不同x 取值的 MgxZn1-xO作为溅射靶材，溅射气氛中氩气与氧气原子比 54:1，衬
底采用了清洗过的 Si和石英基片，生长时加热温度达到了 300℃。
本实验采用磁控溅射方法制备 MgZnO 薄膜的原因是因为这种方法具有沉积速率高、衬底温度相对较低、薄膜附着性好、易控制并能实现大面积沉积、形成的薄膜致
密且厚度均匀等优点。同时，它也存在一些缺点：例如，离子束溅射沉积率很小；较
大的离子轰击能量和密度，增大了表面的粗糙度，导致了散射损耗的增加；另外，离
子源工作气体的合理选择也非常重要，那是因为不同的气体对同一种膜料存在着不同
的吸收。
（2）脉冲激光沉积法：是一种利用激光将物质轰击出来并沉淀在衬底上，从而
沉积薄膜的一种制备方法。脉冲激光沉积的优点有： 容易获得目标所需的化学计量比，
从而保持了成分的稳定性；沉积速率与其他方法相比较高，对衬底温度的要求也比较
的低；可供选择的靶材种类多，没有限制；兼容性也比较好，易制得较为均匀的薄膜。
朱德亮，陈吉星等人[21]
采用了脉冲激光沉积法在单晶硅和石英衬底上生长一系列
MgZnO 薄膜。实验前先把腔底抽到一定真空度，通过改变通入氧气的流量大小，使
得薄膜在不同的工作压强下生长，再在一定的激光强度和激光频率、衬底温度、靶间