以電子顯微鏡進(jìn)行觀察與分析三種不同面向的非極性ZnO薄膜整體的顯微結(jié)構(gòu)，其中包括晶向關(guān)系，界面，晶體缺陷與成長機(jī)制。非極性ZnO薄膜則以脈衝雷射沉積法分別成長于(001)、(112)以及(114)面向的鋁酸鑭(LaAlO3, LAO)基板上。

經(jīng)由橫截面穿透式電子顯微鏡(cross-sectional transmission electron microscopy, XTEM)的選區(qū)繞射(selected area diffraction, SAD)圖形發(fā)現(xiàn)于(001)LAO上所得到的a面ZnO薄膜是由兩組互相垂直的晶區(qū)所組成。根據(jù)SAD可得出a面ZnO第一組晶區(qū)與(001)LAO間的晶體方為關(guān)系為[0001]ZnO-I//[110]LAO與 ZnO-I// LAO，而第二組晶區(qū)與(001)LAO的關(guān)系則為[0001]ZnO-II// LAO與 ZnO-II// LAO。在(112)LAO上所成長之ZnO則呈現(xiàn)m面( )磊晶薄膜的行為，其磊晶薄膜與LAO的晶體關(guān)系為[0001]ZnO// LAO與 ZnO// LAO。至于沉積在(114)LAO上的ZnO薄膜則呈現(xiàn)出接近 面向的磊晶，該ZnO與LAO間的晶體方位關(guān)系只具有單軸向平行，其關(guān)系為[0001]ZnO// LAO。

成長在(001)LAO上的a面ZnO薄膜顯微結(jié)構(gòu)方面， XTEM影像的結(jié)果顯示，a面ZnO晶區(qū)以柱狀晶的形態(tài)形成，內(nèi)部差排皆由其異質(zhì)界面垂直向上延伸貫穿至薄膜表面。而在平面TEM(plan-view TEM, PVTEM)的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，a面ZnO晶區(qū)呈現(xiàn)L字型的形貌，且L字型雙臂的延伸方向?yàn)?ZnO與 ZnO(接近平行LAO的±[100]與±[010]方向)。藉由高解析PVTEM(high-resolution PVTEM, HR PVTEM)可以定義出ZnO晶區(qū)界面主要分為反轉(zhuǎn)晶界，近45°或45°界面與局部調(diào)整出現(xiàn)的r面( )雙晶界面。在晶體缺陷方面，該薄膜內(nèi)部主要有差排、基面疊差(basal stacking fault, BSFs)與堆疊錯(cuò)合界面(stacking mismatch boundary, SMB)，而SMB是由m面與r面串連組成。(001)LAO上的a面ZnO薄膜內(nèi)部總差排密度約略為5×1010 cm-2，BSF的密度則約5×105 cm-1，至于SMB的密度大約3×105 cm-1。

對(duì)于(112)與(114)LAO上的非極性ZnO磊晶薄膜而言，其異質(zhì)界面行為經(jīng)由HR XTEM與其模擬影像比對(duì)后，可大至瞭解該異質(zhì)界面的結(jié)構(gòu)行為。模擬影像結(jié)果顯示在同一個(gè)異質(zhì)界面中可能存在一種以上的界面結(jié)構(gòu)，其原因主要是由于界面中晶體缺陷的影響，如錯(cuò)位差排或BSF。而在異質(zhì)磊晶界面上，HR XTEM顯示BSF的產(chǎn)生可能對(duì)于界面應(yīng)力釋放具有某種程度上的幫助。在非極性ZnO磊晶薄膜內(nèi)主要的晶體缺陷同樣為差排、BSFs與SMBs。根據(jù)PVTEM的分析，非極性ZnO磊晶薄膜中的SMBs會(huì)轉(zhuǎn)折甚至?xí)�迴轉(zhuǎn)形成迴圈，SMBs的形成主要是由于兩個(gè)平行的晶體在邊界包含數(shù)量不均的BSFs接合后所造成的界面。在(112)LAO上的m面ZnO磊晶薄膜中，總差排密度約為5.1×1010 cm-2，BSF的密度則約4.3×105 cm-1。至于在(114)LAO上的 面ZnO磊晶薄膜中總差排密度大約3.8×1010 cm-2，BSF的密度則約略為3.1×105 cm-1。

非極性ZnO薄膜的成長機(jī)制在藉由自主裝直立式化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的非極性ZnO磊晶薄膜成長實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得佐證。非極性ZnO薄膜成長過程中，m面與r面在薄膜成長初期便已存在島狀晶粒表面，其中以m面數(shù)量最多，而薄膜成長過程中ZnO島狀晶粒的接合便是靠m面與r面進(jìn)行接合。在a面ZnO晶區(qū)的接合過程中，由于存在于島狀晶粒上的r面，使得a面ZnO晶區(qū)的界面為了降低界面能而形成近45°或45°界面與r面雙晶界面。在(112)與(114)LAO上的非極性ZnO磊晶薄膜方面，薄膜成長初期島狀晶粒的m面以及r面會(huì)和延伸至晶粒邊緣的BSFs交會(huì)，最終便形成SMBs。而對(duì)于a面ZnO晶區(qū)中的SMBs，其形成方式也與非極性ZnO磊晶薄膜中的SMBs相同。由于ZnO島狀晶粒表面上m面所佔(zhàn)比例最大，因而會(huì)使其晶粒成為屋脊?fàn)畹男蚊玻�薄膜沉積完畢后由m面所構(gòu)成的屋脊形貌會(huì)有些微保留在薄膜表面。由掃描式電子顯微鏡便可觀察到ZnO薄膜表面形貌具有許多平行c軸的線條。