近年来,宽禁带半导体材料ZnO的研究已经引起人们广泛的关注。ZnO是一种新型的直接宽带隙Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,其室温禁带宽度为3.37 eV,且激子束缚能高达60 meV,比室温热离化能26 meV大很多,因而理论上会在室温下获得高效的紫外激子发光和激光,是制作短波长发光器件以及紫外探测器的理想材料。此外,ZnO具有高熔点(1975℃),高热稳定性及化学稳定性等优点;ZnO单晶薄膜可以在低于500℃的生长温度下获得,比GaN等其他宽禁带半导体材料的制备温度低很多,因此可以大大减少高温制备所产生的缺陷。另外,ZnO原材料资源丰富、价格低廉,无毒无污染,制备工艺简单,因此,ZnO具有很大的潜在商用价值。作为短波长发光器件和紫外探测器的一种全新的候选材料,ZnO已经成为当今半导体材料与器件研究中新的热点。为了实现ZnO在光电器件领域的实际应用,必须外延生长晶体质量良好的薄膜。特别是ZnO薄膜的异质外延,这是非常重要的课题。虽然目前已经外延出高质量的ZnO薄膜,但是基本都是在蓝宝石衬底上,在硅衬底上外延的ZnO薄膜质量不高,因为Si与ZnO晶格失配大。所以在Si上外延高质量结晶的ZnO薄膜是一个需要解决的问题。本论文利用射频磁控溅射技术制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,并对ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质和电学性质进行了研究,对ZnO/Si异质结做了初步的研究。主要研究工作和结论如下:1、采用射频反应磁控溅射的方法,在不同衬底上制备了ZnO薄膜。在合适的衬底温度下,不同衬底上面生长的ZnO薄膜都具有c轴的择优取向。ZnO薄膜的c轴择优取向生长是一种自组装生长过程。在单晶Si衬底上面生长时,首先要择优形核。由于(002)面具有最低的表面自由能,因此(002)面择优形核。在非晶衬底上面生长的机理和单晶衬底有些差异。首先会形成一薄层的ZnO非晶层,然后在非晶的ZnO形核中心上形成多晶,随着薄膜厚度的增加,最后变为c轴取向的ZnO薄膜。2、利用射频反应磁控溅射技术在p-Si(111)衬底上面制备ZnO薄膜,发现工艺参数特别是溅射功率和氩氧比以及退火温度对薄膜结构、表面形貌、光学性质和电学性质具有较大的影响。结果表明,在溅射功率为200 W,工作压强为1 Pa,衬底温度为200℃的情况下,氩氧比较高时制备的ZnO薄膜具有更好的c轴取向,薄膜表面颗粒比较均匀,平整,致密,薄膜的结晶性能更好。ZnO薄膜的可见光平均透过率在80%以上,氩氧比对薄膜的透过率影响不大。在氩氧比为1:1时薄膜具有最小的电阻率。而对退火处理的薄膜而言,退火可以提高薄膜的结晶性能,随着退火温度的升高,薄膜具有更好的c轴取向性。特别研究了薄膜内应力与退火温度的关系,结果表明,退火前薄膜沿c轴存在张应力,随着退火温度的升高,薄膜沿c轴张应力逐渐减小。退火温度达到560℃时,薄膜沿c轴应力消除。温度继续升高,薄膜产生沿c轴压应力。随着退火温度的升高,ZnO薄膜的晶粒度增大。经过800℃退火后,ZnO薄膜具有最小的电阻率。3、研究Al与ZnO薄膜的接触特性。ZnO薄膜的耐酸碱腐蚀性较差,用湿化学法会腐蚀ZnO薄膜表面,从而使器件的性能变差。为此,我们利用剥离技术制作了Al与ZnO薄膜的接触电极,I-V测试表明Al与ZnO具有良好的欧姆接触。4、研究了n-ZnO/p-Si异质结的特性。利用射频磁控溅射技术,在p-Si(111)衬底上面制备了Al掺杂的n型ZnO薄膜,然后在ZnO薄膜表面和Si衬底背面分别制作Al电极,构造了n-ZnO/p-Si异质结结构,研究了该异质结的光电特性。结果表明:Al掺杂的ZnO薄膜具有良好的c轴取向性,Al的掺杂没有改变ZnO薄膜的晶体结构,但增大了薄膜的载流子浓度。n-ZnO/p-Si异质结明显存在结的整流特性,但结的理想因子偏高,这是由于串联电阻过大和界面态的影响。并且在光照和无光照的条件下,反向电流有显著区别,光照条件下的反向电流是无光照条件下的100倍,说明该异质结对光照敏感,光谱响应测试发现该异质结在430 nm和700 nm处有光响应峰值。这对今后继续研究ZnO基光电探测器具有一定的指导意义