透明导电薄膜已广泛用于太阳能电池、平板显示和触摸屏等的透明导电电极,且其需求日益增大。Al掺杂ZnO(简称AZO)透明导电薄膜因其优异的光电学性能、丰富廉价的原材料来源以及环境友好等特点引起了业界的特别关注,被公认为是取代Sn掺杂In203(简称ITO)透明导电薄膜材料的最佳候选者。目前,为了更改善其电学及光学性能,人们正在对它进行实验和理论方面的深入研究。本论文围绕对AZO薄膜中载流子输运机制和相关物理特性的问题,开展了如下研究工作。深入研究了AZO薄膜晶界处载流子输运机制有关的两种效应,即热电子发射效应和隧道效应,并扩展了已有的相关理论模型。为了克服针对热电子发射效应的已有理论模型的缺陷,采用Fermi-Dirac统计分布重新研究载流子输运特性,推导出了与热电子发射机制相关的载流子迁移率关系式。为了完善解释隧道效应对晶界处载流子输运的影响,对隧道效应有关的积分方程进行了修正,得到更为更简单的积分方程式。根据推导出来的迁移率理论模型研究了各种环境下制备的AZO薄膜中载流子输运特性。在对各种薄膜样品的载流子浓度和迁移率进行测试的基础上,评价了电离杂质散射和晶界散射对载流子输运的影响。结果表明,迁移率实验测量值随载流子浓度的变化趋势与电离杂质散射相关的迁移率随载流子浓度的变化趋势相反。这说明对载流子输运特性的影响因素中,晶界散射要比电离杂质散射占优势。根据本研究得到的热电子发射和隧道效应相关的迁移率模型,进一步解释了晶界散射对载流子输运特性的影响。其结果表明随着费米能级因载流子浓度的增大而上升,势垒高度一起上升,但激活能基本上不变,仅仅在180～240 meV范围内变动而已,晶界处载流子输运特性主要由隧道效应决定。根据实验工艺条件对薄膜质量和晶界缺陷的实际影响,分析了晶界缺陷能级填充状态。据此得出AZO薄膜的晶界缺陷处于由载流子部分填充的状态,影响势垒高度的缺陷能级位于导带底以下180～240 meV处。这与一些文献报道的缺陷能级位置差不多。研究了不同的衬底温度和不同的薄膜厚度对AZO薄膜微观结构和电学特性的影响,并解释了其机制与薄膜生长过程的关系。无论衬底温度是100℃还是350℃,晶粒尺寸和残留应力都随薄膜厚度的增加同时增加。X射线光电子能谱分析显示出吸附在晶界的氧原子和析出在晶界处的A1203和ZnAl2O4随薄膜厚度增加或者衬底温度增加而减少,尤其是A1氧化物的析出物显著减少,而薄膜内纤锌矿结构的ZnO成分增加。AZO薄膜的载流子浓度随薄膜厚度和衬底温度的变化主要与析出在晶界的Al氧化物有关的。本试验中得到的样品载流子迁移率主要由晶界状态所决定。研究了玻璃基Si02阻挡层对AZO薄膜性能的影响。200℃下制备薄膜时,载玻片上的Si02阻挡层对AZO薄膜电学性能的影响不明显,但在350℃下制备薄膜时Si02阻挡层对AZO薄膜电学性能显示出明显的影响。通过引入Si02阻挡层,载玻片上制备的AZO薄膜载流子浓度和迁移率明显提高。在400℃温度下形成的Si02阻挡层对Na扩散的阻止作用与在不加热状态下形成的Si02阻挡层相比强一些；载流子浓度和迁移率随衬底种类的变化原因在于薄膜内缺陷(晶粒内替代Na原子和析出在晶界的Na、Al等的化合物)。研究了氢和氧气氛对AZO薄膜微观结构、电学及光学特性。无论在100℃温度下还是400℃下制备薄膜,晶粒尺寸随H2气流量增加而下降,但400℃下制备时晶粒尺寸随H2气流量的下降速率快一些。此原因根据H原子的还原作用可以解释；晶粒尺寸随02气流量的增加而增加,但在一定流量之后下降。这些变化可由薄膜内O和Zn原子的比率来解释；对100℃衬底温度下制备的AZO薄膜,掺H2气时,当H2流量未能达某一流量值之前,载流子浓度和迁移率一直会增加,但过剩的H原子导致电学性能的劣化。对400℃衬底温度下制备的AZO薄膜,掺H2气时,载流子浓度和迁移率都下降。这是与H原子高温下还原作用增加有关；02气掺杂时,薄膜电学性能因Al氧化物的形成以及晶界缺陷的增加而劣化。