为深入了解ZnMgO合金薄膜的结构与发光性能的关系，采用ZnO和MgO粉末球磨、冷压成型后再高温烧结的方式制靶，在石英基底上室温射频磁控溅射制备了Mg含量0%～8% (原子数分数) 的ZnMgO薄膜，然后于400 ℃空气退火。采用X射线衍射仪表征薄膜的晶体结构，场发射扫描电子显微镜及附带的X射线能谱仪(EDS)观测薄膜颗粒形貌和化学成分，荧光分光光度计测试光致发光(PL)谱。结果发现：ZnMgO合金膜为纤锌矿hcp结构的固溶体，随Mg含量增加，形貌由近似圆形变为圆形和无规则多边形混合型，原因是(002)晶厚失去主导且长大速率被(101)和(110)超过；PL谱出现一个强的紫光峰(390～393 nm)和一个微弱的近红外峰(758～765 nm)；随Mg含量的增加，紫光峰位先蓝移后红移，近红外峰位则发生红移；400 ℃空气退火后，所有峰位红移，强度显著增大。对退火处理前后出现的紫光峰和近红外峰的来源和变化规律进行了机制探讨。

随着光通信技术与光子集成电路的发展, 非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件, 为了将非互易性器件整块集成在硅片上, 需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm), 以钇铁石榴石(Y3Fe5O12, YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应, 是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现, 使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能, 尤其是Bi3+和Ce3+掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理, 介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法, 回顾了近年来的主要研究成果, 介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用, 最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明，在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀，但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明，采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构，溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响，在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时，拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn4+-O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明，MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段，在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量，从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度，且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰，表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。

选用纳米球刻蚀技术在蓝宝石(Al₂O₃)基底上制备350 nm 聚苯乙烯(PS)微球密排掩模版,然后采用反应射频磁控溅射方法分别在PS/Al₂O₃和Al₂O₃基底上沉积氧化锌(ZnO)薄膜,去除掩模版的PS微球后,对经退火处理的两种样品进行X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和荧光光谱测试。结果表明,在PS/Al₂O₃上生长的ZnO薄膜(样品1)的晶粒呈明显的蠕虫状,而直接在Al₂O₃基底上生长的ZnO薄膜(样品2)表面晶粒为不完全六棱台形状。样品2的结晶性能优于样品1,但是在362 nm附近样品1的近带边缘荧光发射峰强度比样品2的发射峰强43倍。

采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜。利用X射线衍射仪和紫外-可见-红外分光光度计分别对Ga2O3薄膜的晶体结构和光学带隙进行了表征, 并在室温下测量了Ga2O3薄膜的光致发光(PL)谱。结果表明: 制备的Ga2O3薄膜呈非晶态。吸收边随着溅射气压的增加先蓝移后红移,光学带隙值范围为5.06~5.37eV, 溅射气压为1Pa时, 制备的Ga2O3薄膜具有最大的光学带隙。在325nm激光激发下, 400nm附近和525nm附近处出现与缺陷能级相关的发光峰。

近年来, 宽禁带半导体材料β-Ga2O3越来越多地受到关注, 在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究。射频磁控溅射是常用的β-Ga2O3薄膜制备方法之一, 后退火处理往往是提高薄膜质量的关键工艺步骤。本文研究后退火工艺中退火温度和退火气氛对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga2O3薄膜材料的影响。X射线衍射和原子力显微镜表征结果表明: 在氮气气氛下退火, 退火温度为1 000 ℃时得到的β-Ga2O3薄膜质量较优; 相同的温度下, 氧气气氛退火比氮气气氛退火更有利于提升薄膜的结晶性能、降低表面粗糙度; 在氧气气氛下, 1 000 ℃退火得到的薄膜质量相对比900 ℃退火得到的薄膜质量好。

M型钡铁氧体(BaFe12O19, BaM)是一种单轴磁晶各向异性的六角晶系硬磁材料, 由于其具有很强的各向异性场, 因此在自偏置微波器件领域具有广阔的应用前景。本文采用常温射频磁控溅射法在(000l)取向的蓝宝石衬底上沉积了厚度约为130 nm的BaFe12O19非晶薄膜, 然后分别在850 ℃、900 ℃、950 ℃、1 000 ℃对其空气退火处理3 h, 得到BaM晶体薄膜样品。采用X射线衍射仪对薄膜样品进行物相及晶体生长取向鉴别, 采用扫描探针显微镜和扫描电子显微镜对薄膜样品的粗糙度和表面形貌进行测量和观察, 采用振动样品磁强计对样品进行了静态磁性能测试。实验结果表明, 退火后的薄膜样品的主晶相为BaM, 且具有(000l)取向择优生长, 其微观组织结构都表现为C轴垂直于膜面的颗粒状结构。退火温度为900 ℃时所得样品的各项性能达到最佳, 其表面粗糙度为2.8 nm, 矩形比为0.84, 饱和磁化强度为247 emu/cm3, 矫顽力为1 528 Oe。

p型MgZnO的制备一直是高效紫外发光和日盲紫外探测器件研究领域的重要课题之一。本文针对N掺杂p型MgZnO薄膜材料中存在的空穴浓度低、电阻率高等科学问题, 采取磁控溅射技术, 利用氮气与氩气混合气体分别溅射MgZnO陶瓷靶和B-N共掺杂MgZnO 陶瓷靶的方法,制备出N掺杂和B-N共掺杂MgZnO薄膜。 通过Hall测量表征发现两种薄膜均呈现p型导电特性, 与N掺杂MgZnO相比, B-N共掺MgZnO的空穴浓度从5.53×1015 cm-3提高到2.63×1017 cm-3, 而迁移率变化并不明显(从0.83 cm2·V-1·s-1减小到0.75 cm2·V-1·s-1), 导致电阻率从1.36×103 Ω·cm减小到31.70 Ω·cm。通过XRD和XPS表征揭示了在B-N共掺MgZnO中, B替代Mg或Zn, N除了具有NO和(N2)O两种掺杂状态外, 还有以单原子占据O位但与B成键的第三种掺杂状态, 证明B掺杂可以提高N在MgZnO中的受主掺杂浓度, 但对空穴散射影响很小, 从而提高p型MgZnO的空穴浓度, 降低电阻率。