氧化锌（ZnO）是一种属于A?B?族的宽禁带半导体，已被广泛研究，并展现出独特的物理化学性质[1]。其特点是直接带隙约为3.4 eV、较高的激子结合能（约60 meV）、耐辐射性、生物相容性以及其他多种有利特性。迄今为止，尚未开发出一种技术上可靠且可重复的方法来生长出符合工业要求的尺寸和质量的块状ZnO晶体[2]。因此，在基础研究和应用研究中，ZnO通常以薄膜、层状结构和纳米结构的形式存在于外来基底上[3]。
在压电半导体中，ZnO具有最高的机电耦合系数之一，这使其在基于体声波（SAWs）的薄膜器件中得到广泛应用[[4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]]。最初，这类器件被开发用于滤波器、延迟线和谐振器，这些器件需要在外部扰动下保持参数的高稳定性。随后，引入了SAW传感器，旨在实现对外部刺激的高灵敏度，同时保持可重复性和选择性，从而应用于气体、光学和生物传感系统[[11], [12], [13], [14], [15]]。特别是气体传感器利用了气体分子在敏感层上的可逆吸附作用，导致声学器件的共振频率发生变化[11,12,[16], [17], [18]]；而在SAW光电探测器中，响应由表面声波与光辐射之间的声电相互作用控制[19,20]。近年来，SAW器件也被积极开发用于微流控和生物医学应用，包括液体的操控、微粒和生物对象的操控，以及将SAW传感器集成到无线和可穿戴监测系统中[[21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28]]。
对上述及其他多项研究的分析表明，在绝大多数情况下，ZnO/SiO?/Si层状结构是压电器件和SAW传感器的功能组件[6,8,19,20,22,24]。磁控溅射是最常用的技术，用于在这些结构中沉积压电活性ZnO层。使用硅基底的原因在于可以将这些器件集成到微型化、高精度的分析系统中，包括与硅微电子技术兼容的芯片实验室平台[[13], [14], [15]]。
薄膜的机电耦合系数是决定压电器件工作效率的关键参数之一。其值由材料的结构完整性决定，对于纹理化薄膜而言，可以通过晶体的轴错位角来定量表征。此外，压电薄膜必须具有高电阻率和高击穿电压。另一个关键要求是表面高度平滑，以减少表面不均匀性对声波的散射。为了在高频率范围内高效运行器件，还需要尽量减小基底与薄膜之间的过渡层厚度，因为该过渡层不具备压电活性。
如上所述，在非晶表面上制备高度取向的ZnO薄膜的任务，实际上是现代材料科学中一个更广泛且非常重要的问题——即在非取向基底上形成取向薄膜。在这方面，已经开发并应用了多种人工外延方法[[29], [30], [31]]。人工外延的概念基于在具有定义大小和对称性的周期性凸起和凹陷等晶体学对称表面微结构的影响下，在任意表面（非晶、金属、陶瓷等）上实现取向（包括单晶）晶体生长的可能性。在本研究中，提出了一种替代方法，该方法考虑了ZnO的晶体化学特性以及等离子体中电场的影响，从而实现了非晶基底上晶体轴错位为零的极限情况。
本研究提出了一种方法，强调在结晶过程中考虑沉积材料的晶体化学特性的重要性，以实现单轴纹理的极限情况，即在磁控溅射（以ZnO为例）沉积在非晶基底上的薄膜中晶体轴错位角为零。为了更准确地描述具有较高结构完整性的薄膜，提出了“晶体轴错位角为零的薄膜”这一术语，从而扩展了传统术语，包括“多晶”、“单轴纹理”、“双轴纹理”和“马赛克晶体”的定义[32,33]。确定了基底在磁控等离子体中的浮置电位是控制薄膜结构形成的关键参数。所得结果证明了磁控溅射技术能够制备适用于压电结构的高度取向ZnO薄膜，并突显了该方法的技术成熟度。
