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氧化镓(Ga2O3)是一种拥有超宽直接带隙(禁带宽度约为4.5-4.9eV)的氧化物半导体材料，具有优秀的性质，特别是在物理以及化学方面，具有极高的稳定性，并且氧化镓还在光电学方面有优良的表现。这些特性使得氧化镓(Ga2O3)在高频、高迁移率、大功率器件以及其他领域拥有良好的前途。本文使用磁控溅射方法在硅和玻璃衬底上制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜。本文研究了磁控溅射的参数条件对制备的氧化镓(Ga2O3)薄膜性质的影响，以便研究如何提高氧化镓薄膜质量，以此获得高质量的氧化镓薄膜。本论文的主要做了以下研究工作:
(1)使用氧化镓(Ga2O3)陶瓷靶材，通过磁控溅射的方法在硅(Si)和玻璃衬底上沉积制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜，探究衬底温度、溅射功率以及溅射压强对氧化镓(Ga2O3)薄膜性质的影响。分析磁控溅射的衬底温度、溅射功率以及溅射压强等参数对氧化镓(Ga2O3)薄膜的晶体结构、表面形貌、光学特性等的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外分光光度计(UV-Vis)以及原子力显微镜(AFM)等表征手段，研究了薄膜表面形貌、晶体结构、晶粒尺寸、光学特性等信息。
(2)随着磁控溅射实验的衬底温度的升高，氧化镓(Ga2O3)薄膜的结晶质量逐渐提高，200℃、300℃、400℃、500℃、600℃下氧化镓薄膜的平均晶粒尺寸约为11nm、13nm、16nm、25nm、41nm，氧化镓薄膜的平均晶粒尺寸随着温度升高而逐渐增大。这主要是由于随着衬底温度的升高，被溅射的原子或原子团可以从衬底上获得更多的能量，迁移性强，由单核心生长的晶粒尺寸更大。同时，高的轰击能量导致在沉积过程中衬底温度提高。这两个原因都有助于靶材原子成核生长。200℃、300℃、400℃、500℃、600℃下氧化镓薄膜的厚度约为215nm、243nm、338nm、534nm、565nm。衬底温度从200℃变化到600℃时，发现厚度逐渐增加，并且在500℃时急剧上升。这表明沉积速率随着衬底温度的增加而增加。衬底500℃时，XRD图中最高峰对应的2θ角为69.06°，对应的是二氧化硅的(223)晶面。除了与二氧化硅对应的衍射峰，没有观察到其他的相应的氧化镓薄膜的衍射峰。这说明在硅衬底上生长的氧化镓薄膜是非晶结构。
(3)研究了磁控溅射方法的溅射功率参数对氧化镓(Ga2O3)薄膜性质的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)观察得知氧化镓(Ga2O3)薄膜的表面形貌由微小的晶粒组成，并且随着磁控溅射的功率的增加，氧化镓薄膜的结晶程度逐渐增加，晶粒尺寸逐渐增大。这可能是由于随着溅射功率的增加，氧化镓靶材上被轰击下来的原子数目就越多，同时动能也越大，在它的轰击下，衬底表面温度提高使得沉积到衬底表面的原子或原子团更容易迁移形成核，衬底表面成核越多，生长的晶粒越多，衬底的温度越高，晶粒生长越大，最后生长的薄膜晶粒就越致密，晶粒间界也越少。因此，随着溅射功率的增加，氧化镓(Ga2O3)薄膜晶粒逐渐增大。因此，随着溅射功率的增加，晶粒逐渐增大。通过观察衬底温度600℃、溅射功率200W下的磁控溅射制备的氧化镓薄膜的X射线衍射(XRD)图可知，衬底温度为600℃，功率200W时，XRD图中2个峰对应的2θ角分别为69.09°、69.30°，这对应的是二氧化硅的(223)与(204)晶面。除此之外，在图中没有观察到其他的与氧化镓薄膜相对应的衍射峰，这说明这说明在硅衬底上生长的氧化镓薄膜是非晶结构。
(4)研究了磁控溅射的氩气压强参数对在玻璃衬底上制备的氧化镓(Ga2O3)薄膜的性能的影响，不同氩气压强下制备的所有氧化镓薄膜在可见光区(400-800nm)的平均透过率随着压强的增大而降低，在不同压强15Pa、25Pa、35Pa下样品的平均透过率分别为70％、50％、45％，这表明样品具有很高的可见透明性，薄膜平均透过率的变化可能与薄膜的厚度有关，随着氩气压强增大，更多离化的氩原子让更多的靶材原子被溅射出来，更多的靶材原子到达衬底上，使得薄膜的厚度增加，薄膜的平均透过率随之下降。发现随着氩气压强增大，在不同压强15Pa、25Pa、35Pa下样品的吸收边发生了红移。这可能是因为随着氩气压强的增大，单位时间内被离化的氩原子增加，被氩离子轰击出来靶材原子增加，单位时间内到达衬底上的靶材原子增加，从而导致薄膜生长速率增加，薄膜带尾态减少，薄膜的带隙缩小，从而让吸收边红移。此外，氩气压强高，导致生长的薄膜表面晶粒分布更加不均匀，这可能会导致吸收边缘发生红移。玻璃衬底上生长的氧化镓薄膜的衍射峰为一系列大小和形状不规则的峰的综合，衍射峰的强度变化的总的趋势为随着衍射角度的增大而逐渐变小，其中稍有反复。在压强为15Pa、25Pa、35Pa条件下，压强变化对衍射峰的影响很小。由此可以看出玻璃衬底上生长的氧化镓薄膜都是非晶形态。
(1)使用氧化镓(Ga2O3)陶瓷靶材，通过磁控溅射的方法在硅(Si)和玻璃衬底上沉积制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜，探究衬底温度、溅射功率以及溅射压强对氧化镓(Ga2O3)薄膜性质的影响。分析磁控溅射的衬底温度、溅射功率以及溅射压强等参数对氧化镓(Ga2O3)薄膜的晶体结构、表面形貌、光学特性等的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外分光光度计(UV-Vis)以及原子力显微镜(AFM)等表征手段，研究了薄膜表面形貌、晶体结构、晶粒尺寸、光学特性等信息。
(2)随着磁控溅射实验的衬底温度的升高，氧化镓(Ga2O3)薄膜的结晶质量逐渐提高，200℃、300℃、400℃、500℃、600℃下氧化镓薄膜的平均晶粒尺寸约为11nm、13nm、16nm、25nm、41nm，氧化镓薄膜的平均晶粒尺寸随着温度升高而逐渐增大。这主要是由于随着衬底温度的升高，被溅射的原子或原子团可以从衬底上获得更多的能量，迁移性强，由单核心生长的晶粒尺寸更大。同时，高的轰击能量导致在沉积过程中衬底温度提高。这两个原因都有助于靶材原子成核生长。200℃、300℃、400℃、500℃、600℃下氧化镓薄膜的厚度约为215nm、243nm、338nm、534nm、565nm。衬底温度从200℃变化到600℃时，发现厚度逐渐增加，并且在500℃时急剧上升。这表明沉积速率随着衬底温度的增加而增加。衬底500℃时，XRD图中最高峰对应的2θ角为69.06°，对应的是二氧化硅的(223)晶面。除了与二氧化硅对应的衍射峰，没有观察到其他的相应的氧化镓薄膜的衍射峰。这说明在硅衬底上生长的氧化镓薄膜是非晶结构。
(3)研究了磁控溅射方法的溅射功率参数对氧化镓(Ga2O3)薄膜性质的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)观察得知氧化镓(Ga2O3)薄膜的表面形貌由微小的晶粒组成，并且随着磁控溅射的功率的增加，氧化镓薄膜的结晶程度逐渐增加，晶粒尺寸逐渐增大。这可能是由于随着溅射功率的增加，氧化镓靶材上被轰击下来的原子数目就越多，同时动能也越大，在它的轰击下，衬底表面温度提高使得沉积到衬底表面的原子或原子团更容易迁移形成核，衬底表面成核越多，生长的晶粒越多，衬底的温度越高，晶粒生长越大，最后生长的薄膜晶粒就越致密，晶粒间界也越少。因此，随着溅射功率的增加，氧化镓(Ga2O3)薄膜晶粒逐渐增大。因此，随着溅射功率的增加，晶粒逐渐增大。通过观察衬底温度600℃、溅射功率200W下的磁控溅射制备的氧化镓薄膜的X射线衍射(XRD)图可知，衬底温度为600℃，功率200W时，XRD图中2个峰对应的2θ角分别为69.09°、69.30°，这对应的是二氧化硅的(223)与(204)晶面。除此之外，在图中没有观察到其他的与氧化镓薄膜相对应的衍射峰，这说明这说明在硅衬底上生长的氧化镓薄膜是非晶结构。
(4)研究了磁控溅射的氩气压强参数对在玻璃衬底上制备的氧化镓(Ga2O3)薄膜的性能的影响，不同氩气压强下制备的所有氧化镓薄膜在可见光区(400-800nm)的平均透过率随着压强的增大而降低，在不同压强15Pa、25Pa、35Pa下样品的平均透过率分别为70％、50％、45％，这表明样品具有很高的可见透明性，薄膜平均透过率的变化可能与薄膜的厚度有关，随着氩气压强增大，更多离化的氩原子让更多的靶材原子被溅射出来，更多的靶材原子到达衬底上，使得薄膜的厚度增加，薄膜的平均透过率随之下降。发现随着氩气压强增大，在不同压强15Pa、25Pa、35Pa下样品的吸收边发生了红移。这可能是因为随着氩气压强的增大，单位时间内被离化的氩原子增加，被氩离子轰击出来靶材原子增加，单位时间内到达衬底上的靶材原子增加，从而导致薄膜生长速率增加，薄膜带尾态减少，薄膜的带隙缩小，从而让吸收边红移。此外，氩气压强高，导致生长的薄膜表面晶粒分布更加不均匀，这可能会导致吸收边缘发生红移。玻璃衬底上生长的氧化镓薄膜的衍射峰为一系列大小和形状不规则的峰的综合，衍射峰的强度变化的总的趋势为随着衍射角度的增大而逐渐变小，其中稍有反复。在压强为15Pa、25Pa、35Pa条件下，压强变化对衍射峰的影响很小。由此可以看出玻璃衬底上生长的氧化镓薄膜都是非晶形态。