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本论文开展了圆形平面磁控靶的模拟设计和反应磁控溅射ZnO:Al(AZO)薄膜低温沉积工艺的研究。以常规圆形平面磁控靶为典型例子，采用有限元磁场模拟计算分析了磁控靶结构参数的影响；针对外加电磁线圈磁控溅射系统，分析了电磁线圈位置和激励模式对磁控辉光等离子体特性和靶材利用率的影响，并在此基础上提出一种新的外加电磁线圈磁控溅射方式。研究了工艺参数对反应磁控溅射AZO薄膜光电性能、组织结构、化学成分及其空间分布的影响。对AZO薄膜电性能空间不均匀的机理进行了探索，讨论了文献中的两种主要争议观点以及AZO薄膜的低温制备工艺。
研究结果表明：使用高导磁材料的磁轭结构可以显著增加靶面场强，有利于增加中间磁钢通量，使磁控靶趋于平衡态；调整内外磁钢高度/宽度皆能显著改变磁控靶磁场位形及其非平衡度，其中靶面磁场强度变化受磁钢宽度调整更为明显，磁钢高度的确定主要是从调节磁控靶非平衡度的角度来考虑；随着靶材和铜背板厚度的增加，靶面的水平磁场强度下降显著，起辉电压随之呈上升趋势。
外加电磁线圈可以在较大范围内控制基片等离子体参数，基片饱和离子流密度变化是基片附近穿过的磁力线强度/位形变化的结果。从控制基片等离子体参数范围角度，线圈位置适宜放置在基片附近。线圈在交流AC激励模式下工作时，可提高靶材利用率，其中靶材利用率与线圈位置高度相关，线圈适宜放置在磁控靶附近；相对于直流DC模式，线圈在AC激励模式下对磁控靶伏安特性的影响不大，有利于溅射过程稳定性。提出一种新的装置/工作方法，将一对螺旋线圈分别放置于磁控靶和基片附近，并分别以AC/DC激励模式工作，可以在提高靶材利用率的同时，独立控制基片附近等离子体参数。
对于在较低温度下Ts=90℃和低等离子体密度LPD(Ji/Jn<0.3)条件下沉积AZO薄膜，表现出明显的应力和电阻率空间分布。提高基片温度(Ts=200℃)可以显著改善AZO薄膜的电学性能(电阻率下降一个数量级以上)及其空间分布均匀性；增强基片处低能离子轰击(Ji/Jn>2)具有相同的改善作用，但依赖于基片温度，改善作用主要体现在基片温度较低时如<100℃有效，而在较高温度下其作用不明显；工作压强对AZO薄膜电阻率的影响相对不明显，随压强的增加，薄膜电学性能分布均匀性稍有改善。离子轰击的作用取决于入射离子能量的消散机制。当入射粒子能量EiEPet时，离子嵌入机制开始起主导作用，入射离子将嵌入生长薄膜的晶格之中，造成晶格损伤。高能离子嵌入机制是造成AZO薄膜电学性能下降及其空间不均匀分布的主要机制，而活性氧机制是次要机制，后者在较低基片温度和等离子体密度下表现逐渐明显。高能负氧离子轰击造成能量离子嵌入机制的主要原因，而低能的正离子轰击有利于提高AZO薄膜的结晶质量和光电性能。