由于透明导电薄膜在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、飞机和汽车用导热窗玻璃等领域应用广泛,近年来受到人们的关注。在各类透明导电氧化物薄膜材料中,铝掺杂ZnO (AZO)薄膜由于具有低电阻率(～10-3Ω·cm)、高透过率(>80%)、资源广泛、价格低廉和无毒等优点,越来越受到人们的重视。然而由于AZO薄膜与常见Si基底界面错配较大,制约了薄膜导电性能的提高,因此必须对该界面错配状态进行分析和设计优化。本工作首先对磁控溅射沉积AZO薄膜进行了一系列工艺优化实验,通过分析沉积温度、溅射功率、工作气压等参数对Si基底上沉积AZO薄膜的性能和微观形貌的影响,确定当溅射功率为100 W,氩气流速为10 sccm,工作气压为0.4 Pa,沉积温度为250。C时,薄膜平整且具有较低的电阻率3.75×10-3Ω·cm(薄膜厚度为150 nm)。此外,在对不同沉积时间的薄膜样品进行表面形貌观察后,最终将薄膜厚度为30 nm时定义为岛状生长后期,将薄膜厚度为150 nm时定义为晶粒碰撞初期。在此基础上,分别在(100)Si、(110)Si、(111)Si基片上沉积了厚度为30和150 nm的AZO薄膜。薄膜电阻率测试显示,三种基底上沉积的AZO薄膜电阻率排序为(100)si>(110)Si>(111)Si。当薄膜处于岛状生长后期时,三种硅基底上的AZO薄膜晶粒均呈现球形,其平均晶粒尺寸分别为5.6、6.5和5.0 nm。当薄膜生长处于晶粒碰撞初期时,沉积在(100)si和(110)si基底上的AZO晶粒沿着[2110]ZnO方向产生拉长形貌,对[2110]ZnO和[0110]ZnO方向的晶粒尺寸统计结果分别为16.7 nm和7.5 nm及18.9 nm和10.1 nm；沉积在(111)si基底上的AZO晶粒呈现六边形,晶粒尺寸为19.3 nm。在薄膜岛状生长后期,因为晶粒尺寸受界面错配和表面能两个因素共同主导,这时可以通过使用一次O点阵来估算晶粒长大初期的平均晶粒尺寸；当晶粒长大到互相碰撞时,此时弹性应变能和位错能决定了晶粒尺寸,在这个阶段,结合二次O点阵计算和能量最小化原理可以估算该阶段的平均晶粒尺寸和晶粒形状。在对这些界面错配理解的基础上,采用Δg平行法则在AZO薄膜与(100)si、(110)si和(111)si三种基底界面附近进行旋转计算寻找低错配无理界面,并在(100)si基底附近获得三个无理取向硅晶面(1,0.070,0)Si、(1,0.037,0)Si和(1,0.098,0)si(记为I1、I2、I3)；在(110)si附近获得三个无理取向硅晶面(1,1,0.141)si、(1,1,0.073)si和(1,1,0.132)si(记为I4、I5、I6)；在(111)si硅片上没有寻找到低错配界面。这些界面具有一系列周期性的、伴随着二次位错的台阶,可以部分抵消原有界面错配。按照计算获得的六种界面,对硅片加工处理,并进行薄膜沉积。研究发现,沉积在I1、I2、I3基底上厚度为30 nm和150 nm的AZO薄膜,比(100)si上的AZO薄膜电阻低,特别是I3基底上沉积的薄膜方块电阻在厚度为30 nm时降低了47%,在厚度为150nm时降低了67%。由于垂直于[2110]ZnO方向的错配减小,这时三种基底上的晶粒拉长形貌消失变为等轴晶形貌,并且晶粒尺寸不同程度地增大,对薄膜方块电阻产生优化。在I4、I5、I6基底上沉积的AZO薄膜,仅有厚度为30 nm的样品上产生了薄膜方块电阻的优化作用,其中I5上的薄膜方块电阻优化最为明显,其薄膜方块电阻降低了39%。随着薄膜厚度增加到150 nm,薄膜方块电阻的优化作用消失。进一步微观形貌观察发现,I4、I5、I6上的AZO薄膜晶粒尺寸相对于(110)si上的AZO晶粒尺寸并无明显增大。