氧化物半导体材料具有成本低廉、制备简单、制备温度低，以及与工业设备兼容等优势和特点，可应用于二极管、薄膜晶体管和光电平板显示等器件的开发。硫卤玻璃态材料具有红外透过波段宽、非线性系数大、制备简单等优势和特点，可应用于红外成像仪、红外波段光纤及红外波导等器件的开发。本论文研究目的是深入理解氧化物半导体薄膜材料和器件中电荷产生和传输的物理机理，解释制备工艺中出现的导电性能转变的原因和对应的微观机理，寻找影响薄膜和器件高迁移率的因素和改进方案，指导实际操作。论文以半导体材料和器件的光物理学过程和光电子学特性研究为主线，基于微纳材料科学，开展了三个方面的创新性研究工作：(1)P型氧化锌掺钴稀磁氧化物半导体薄膜及其PN结的室温磁性特性分析与理论结构研究通过研究稀磁半导体的历史发展及研究现状，在实验上利用脉冲激光沉积法制备不同实验工艺条件下的氧化锌掺钴靶材和薄膜。通过表征氧化锌掺钴靶材和薄膜的各项物理特征和外在宏观光电性能，发现两种不同的室温磁性和导电类型的氧化锌掺钴薄膜，研究了材料性质与制备方法和工艺的关系，理论推导了层状钴团簇在ZnO薄膜中的微观结构，并得到实验和理论的证实，P型室温磁性氧化锌掺钴薄膜中钴团簇猜想的正确性。(2)非晶铟镓锌氧半导体薄膜及其薄膜晶体管的光电特性分析与器件优化模拟研究采用固相烧结法和脉冲激光沉积技术，制备配比单项线性变化的非晶铟镓锌氧InGaZnO（IGZO）陶瓷靶材和薄膜，寻找原位退火参数和工艺对IGZO靶材和薄膜的各项物理特征和外在宏观光电性能的依赖性。发现氧化铟配比比例较高时，选定合适方案可让薄膜的迁移率较高，同时保持其非晶特性，并对其物理机理和产生的原因进行阐述。在氧化铟配比比例较高基础上，进行原位退火工艺，寻找到更高迁移率指标，对其分析测试发现存在混合相结构，并对其微观结构和机理进行解释。利用自制的优质性能薄膜，成功制备多种IGZO半导体器件（如肖特基二极管、柔性薄膜晶体管等）。(3)红外硫卤玻璃态锗砷硒半导体薄膜的光电稳定性研究利用热蒸镀法制备了十二种不同配比的Ge-As-Se系红外硫卤玻璃薄膜，在不同光通量的红外光的辐照下，探讨了不同成分配比的红外硫卤玻璃薄膜的光漂白和光暗化效应的关系及其机理；与之前的文献比较，消除了在光照射导致的薄膜表面氧化因素，准确测量块体和薄膜的成分并用于比较，目的是精准确定光辐照下性能最稳定的成分；利用平均配位数MCN对不同配比成分的红外硫卤玻璃Ge-As-Se薄膜的光致效应机理进行讨论，发现平均配位数在2.45-2.50范围内薄膜的光稳定性很好，几乎无变化，为稳定的红外硫卤玻璃薄膜的应用提供了理论参考价值。