氧化锌(ZnO, Zinc oxide)是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料,禁带宽度为3.37eV,室温下的激子束缚能为60meV。以ZnO为基底掺入稀土金属钇(Y, yttrium)可以使薄膜材料带隙展宽,光透过率提高,电阻率降低,紫外辐射增强。国内外有关YZO的研究起步较早但进展缓慢,目前还处于实验室研究阶段,尚未见有关其在商业应用中的报道,这说明Y掺杂ZnO薄膜的结构和光电特性还不能满足实际应用的需要。因此,寻找薄膜的最佳制备条件,进一步优化薄膜特性,对其在太阳能电池、薄膜晶体管等光电器件领域的应用具有重大意义。针对ZnO的Y掺杂,本论文共研究了两种材料,即：Y掺杂ZnO (YZO)和钇铟(In, Indium)共掺杂ZnO (YIZO)。1.YZO透明导电薄膜本论文采用射频磁控溅射法,室温下在钠钙玻璃衬底上制备了YZO透明导电薄膜。通过改变溅射时间,溅射功率,溅射气压等制备条件,研究了不同生长条件对薄膜结构、形貌、光学和电学特性的影响。主要研究内容及结论如下：(1)研究了薄膜厚度(溅射时间)对YZO薄膜结构、形貌和光电特性的影响。薄膜厚度分别为0.98μm、1.70μm、2.04μm和2.52μm,分别对应溅射时间30min、40min、50min和60min。通过对薄膜进行XRD、AFM、紫外-可见光分光光度及霍尔效应的测试和数据分析,发现所有薄膜均为六角纤锌矿型结构。随着薄膜厚度的增加晶粒尺寸逐渐增大；薄膜在可见光区的平均透过率均超过80%；光学带隙由3.270eV逐渐减小至3.225eV；薄膜电阻率先减小后增大。薄膜厚度为1.70μm时电阻率最低,其值为8.13×10-3Ω·cm。(2)研究了溅射功率对YZO薄膜结构、形貌和光电特性的影响。溅射功率分别80W,100W,120W和140W。通过对薄膜进行XRD、AFM、紫外-可见光分光光度及霍尔效应的测试和数据分析,发现所有薄膜均为六角纤锌矿型结构。随着溅射功率的增加,晶粒尺寸先增大后减小；可见光区平均透过率超过80%,带隙逐渐增大,分别为3.24 eV、3.26 eV、3.27 eV和3.28 eV,带隙的变化可以用Burstein-Moss效应来解释；电阻率先减小后增大,溅射功率为100W时薄膜电阻率最低,其值为9.01×10-4Ω·cm。(3)研究了溅射气压对YZO薄膜结构和光电特性的影响。溅射气压分别1.0Pa,1.4Pa和1.8Pa。通过对薄膜进行XRD、AFM、紫外-可见光分光光度及霍尔效应的测试和数据分析,发现所有薄膜均为六角纤锌矿型结构。随着溅射气压的增加,衍射峰半高宽增大,相应的晶粒尺寸减小,薄膜结晶质量变差；带隙略有增大,可以用Burstein-Moss效应来解释；电阻率显著增加,1.0Pa时获得最低电阻率1.503×10-3 Q·cm,带隙为3.26 eV。2. YIZO透明导电薄膜和TFT(1)采用磁控溅射法制备了YIZO透明导电薄膜,重点分析比较了不同厚度YIZO薄膜的结构、形貌和光电特性的差异。研究发现,室温下制备的所有YIZO薄膜均为非晶结构,可见光区的平均透过率均超过83%。薄膜厚度对带隙影响不大,所有薄膜带隙均为4.18eV。(2)在薄膜研究的基础上,以重掺杂的P型硅为栅电极,以YIZO薄膜为有源层,以金属铝为源漏电极,制备了底栅顶接触结构的YIZO薄膜晶体管(YIZOTFT),并研究了不同有源层厚度对器件的输出和转移特性的影响。(3)所有YIZO TFT均为n沟道耗尽型器件,所有样品都表现出了良好的夹断特性。随着YIZO层厚度的增加,器件的阈值电压逐渐向负电压方向漂移,迁移率和开关电流比均迅速减小,亚阈值摆幅逐渐增大,器件性能变差。有源层厚度为20nm的器件的开关电流比超过105,亚阈值摆幅为2.20 V/decade,阈值电压为-1.0V饱和迁移率为0.57 cm2/V·s。