在沉積時間分別為1 h、1.5 h、2 h 及2.5 h 的條件下，分別用磁控濺射法制備了ZnS 薄膜，用XRD、SEM、臺階儀、橢偏儀等實驗儀器進行物性檢測，最終發現，沉積時間越長的薄膜，晶粒越小，密度越大，折射率越大;消光系數受晶粒大小、晶界多少、孔隙率等多種因素影響，呈現復雜變化。

　　硫化鋅是一種具有較寬帶隙的直接帶隙半導體材料，在光、電方面的一些物理性質非常優越。材料目前已被大量應用于太陽能電池、光電材料、紅外窗口材料、化工材料等諸多領域。隨著薄膜技術的日益發展，硫化鋅薄膜所具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應等顯示出了其廣闊的應用前景。因此，如何選擇恰當的制備方法以及在制備過程中通過摻雜改性來提高硫化鋅薄膜的應用效能已成為硫化鋅材料研究中的一個重要課題。在眾多制備方法中，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為磁控濺射法能夠更好的覆蓋襯底，形成比較致密的薄膜。

　　本文用磁控濺射法制備了ZnS薄膜，并對薄膜的物理性質及光學性質進行了細致的研究。為ZnS薄膜材料的進一步應用，提供了實驗依據。

　　1、實驗

　　實驗使用射頻磁控濺射設備制備ZnS 薄膜，以硫化鋅塊材為靶材，玻璃作為襯底。將真空抽至1.8×10^-4 Pa。襯底加溫至200 ℃。通入N2，氣流速度為40.0。射頻儀調節90 W，16.8 A，分別于1 h、1.5 h、2 h 和2.5 h 后，結束濺射過程。表面結構觀測采用日立SU2080 型掃描電子顯微鏡、晶體結構分析采用北京普析通用XD-3 型XRD 衍射儀，設定起始角= 20°，終止角= 60°。步寬= 0.02°。波長=1.5406 nm，工作電壓36 kV，工作電流20 mA。對光學系數的分析采用了HORIBAJOBIN YVON MM-16 型橢偏儀，70°入射角，光的能量范圍1.461 eV~2.885 eV 進行擬合。

　　2、結果及討論

　　2.1、掃面電子顯微鏡(SEM)結構觀察

　　用日立SU2080 場發射掃描電子顯微鏡觀測，結果如圖1 所示。通過電鏡成像，可直觀發現，本方法制備的ZnS 薄膜具有較完整和較均勻的結構。進一步的觀察發現，薄膜沉積時間越長，薄膜表面顆粒越致密，顆粒邊界越清晰。沉積時間越短則相反。沉積時間為2.5 h 的ZnS 薄膜顆粒邊界最為模糊，晶粒也最小，隨著沉積時間變長，薄膜晶粒逐漸變小。

圖1 (a)-(d)：1-2.5 h SEM 圖像

　　2.2、硫化鋅薄膜結構分析

　　硫化鋅的晶體結構具有閃鋅礦型(立方結構，β 相)和纖鋅礦型(六角結構，α 相)兩種。因此，在研究硫化鋅薄膜結構的過程中，首先要確定制備的究竟是何種相的硫化鋅。低溫煅燒形成β 相為主的材料，高溫煅燒形成α 相為主的材料，相變溫度為1020 ℃，所含雜質不同其相變溫度略有不同。本次實驗采用靶材為β 相ZnS。硫化鋅晶體中，所有的基元都是等同的，其中的硫和鋅分別組成面心立方的布喇菲格子，而沿空間對角線位移1/4 長度套構而成，這樣的結構統稱為立方晶相(β 相)結構.整個晶體可看為是這種基元在空間三個不同方向各按一定距離，周期性地平移而構成。

　　采用北京普析通用XD-3 型XRD 衍射儀對ZnS 薄膜樣品進行光譜分析。測得結果為圖2。

圖2 XRD 立體圖像

　　從XRD 圖形(圖3)可以看出：不同衍射峰峰高不同，按沉積時間由長至短，衍射峰高度越來越低，驗證了薄膜厚度與衍射峰信號的正相關性。由圖1~2 可明顯看出，衍射峰位于29°附近，與標準卡片的立方晶向ZnS 卡圖比較，與代表β-ZnS 的(111)面的28.5°峰位非常吻合;由此可確認本次實驗成功制備了β 相ZnS。

圖3 橢偏儀擬合物理模型

　　3、結論

　　本文采用磁控濺射的方法，在確定的功率(90 W)和襯底溫度(200 ℃)下，通過對沉積時間(1 h~2.5 h)的控制，制備出β 相ZnS 薄膜。對薄膜的物理性質研究發現沉積時間越長，晶粒越小。沉積時間越長，則晶粒越致密。對薄膜的光學性質研究發現：在薄膜晶粒大小相近的情況下，沉積時間越長，則折射率n 越大。消光系數受多種因素影響，與晶界多少、晶粒大小和氣孔少密切相關，呈現復雜變化。