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。