zro2具有高熔点、低热导率、高介电常数、高离子导电能力和高温化学稳定性，在光学薄膜、催化薄膜和氧化物燃料电池薄膜上得到广泛应用。zro2有三种晶体相：单斜相(m)、四方相(t)和立方相(c)。因而随着温度的变化zro2会发生相变，产生显著的体积效应，而且zro2的导热系数小，热膨胀系数大，这使得纯zro2的抗热震性很差，从而限制了zro2的应用。在zro2中添加适量的氧化物稳定剂，如y2o3、mgo和cao等，可以使zro2稳定在高温相。其中，y3 半径(0.09nm)与zr4 半径(0.08nm)、y2o3折射率(1.9)与zro2折射率(2.0)非常接近，所以y2o3的加入不会造成zro2晶格常数的显著变化和折射率的明显降低，y2o3稳定的zro2薄膜(ysz)表现出良好的物理和化学性能。故本文采用y2o3来稳定zro2。zro2薄膜的制备方法有磁控溅射法、脉冲激光沉积法、电子束蒸发法、离子束辅助沉积法等，其中磁控溅射法薄膜沉积速率高，与基材结合性能好，因而被广泛采用。
在磁控溅射中，金属靶材的溅射速率比化合物靶材的高出数倍至数十倍，因此在实际应用中经常采用金属靶材来制备zro2和ysz薄膜。基材温度对反应溅射法制备薄膜的结构和表面形貌具有很大影响，因此探索沉积温度对zro2和ysz薄膜显微结构的影响具有较重要的应用价值。本文采用直流反应磁控溅射法，分别使用纯zr靶材(纯度99.999%，质量分数，下同)和y-zr合金靶材(y含量为14.2mol%)制备了zro2薄膜和钇稳定氧化锆薄膜(ysz)，并研究了基材沉积温度(25℃和300℃)对zro2薄膜、y2o3稳定zro2薄膜显微结构的影响。
实验采用jgp450型多靶头磁控溅射仪，基材为k424合金，基材分别在无水乙醇和丙酮中超声波清洗30min后烘干备用。镀膜时本底真空度为6.6×10-4pa，溅射气体和反应气体分别为ar(纯度99.999%)和o2(纯度99.999%)，溅射功率为90w，溅射气压为1.0pa，ar和o2流量分别为30ml/s和4ml/s，靶基距为60mm，溅射时间为60min，基材温度分别为25℃和300℃。采用镍铬硅型热电偶控制基片温度，到达设定温度后稳定30min。镀膜前靶材在纯ar气氛中预溅射20min进行清洗，然后通入o2，待辉光稳定后开始实验。
采用直流反应磁控溅射工艺在25℃和300℃分别制备了zro2薄膜和ysz薄膜。结果表明：不同沉积温度下zro2薄膜沉积速率差别不大，而ysz薄膜在室温时沉积速率较高，而且在相同的沉积条件下zro2薄膜比ysz薄膜易于结晶。25℃时制备的zro2薄膜表现为非晶态，薄膜中只有微量的结晶态；300℃沉积的zro2薄膜结晶现象明显，薄膜为单斜结构的多晶体，晶体自由取向生长。而在25℃、300℃制备的ysz薄膜均为非晶态。随沉积温度的升高，zro2薄膜表面趋于致密平整，而ysz薄膜表面则变得更加粗糙。