透明导电氧化物(TCOs)薄膜是把光学透明性能(可见光)和电学高导电性能复合在一体的光电材料。在电学性能方面,透明导电薄膜具有高的载流子浓度(一般在1020cm-3量级);在光学性能方面,它会反射红外光,吸收紫外光,又使可见光穿透。因此,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得到了广泛的应用。ZnO:Al(AZO)透明导电薄膜因具有原材料丰富、价格低廉、耐氢刻蚀等优点而引起了广泛的关注,被认为是替代商业化In2O3:Sn(ITO)薄膜的最佳选择。AZO薄膜已经作为部分工业化生产薄膜太阳能电池的透明电极,然而与ITO薄膜相比,AZO薄膜仍然存在薄膜电阻率相对较高,空气中稳定性较差等缺点,并不能达到其他应用领域对透明导电薄膜的性能要求。此外,影响AZO薄膜物理性能和微结构的主要缺陷仍然是具有较大争议的。基于上述仍然存在的问题,本文从以下几个方面开展工作:论文第一章简要阐述了ZnO基材料的基本性质;介绍了ZnO材料的本征缺陷和n型掺杂缺陷;总结了H在ZnO中可能的存在形式以及对薄膜载流子浓度的影响。另外,介绍了几种常见的透明导电薄膜;总结了AZO透明导电薄膜的制备方法;研究现状以及潜在的应用前景。最后简要概括了本文的主要研究内容。论文第二章主要介绍了制备AZO透明导电薄膜的磁控溅射设备和退火实验的测试过程。此外,简单概述了表征AZO薄膜微结构和物理性能的几种测试方法和仪器,如X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)等。论文第三章的主要工作是围绕如何降低磁控溅射中高能氧负离子的轰击对AZO薄膜的破坏作用开展的。结果表明增加氩气流速或者靶基距是降低高能氧负离子轰击的有效方法,AZO薄膜的最低电阻率为2.68×10-3?cm。此外,通过测试靶材前方不同位置AZO薄膜的微结构和物理性能随靶基距的变化,证明高能氧负离子的轰击是控制刻蚀区域薄膜电学和光学性能的主要因素,而溅射过程中其他粒子的能量则决定了非刻蚀区域薄膜的电学和光学性能。当靶基距为62mm时,两块靶材中心位置薄膜的电阻率最低为5.8×10-4?cm。论文第四章的主要内容是磁控溅射制备H共掺杂AZO透明导电薄膜的工艺研究。研究发现H自由基共掺杂AZO薄膜时,在AZO薄膜中以浅施主氢填隙的形式存在,从而使薄膜电阻率降低。H自由基还可以占据AZO薄膜中的氧空位,导致薄膜在可见光波段(400-500nm)的透射率显著提高。AZO薄膜的最低电阻率为1.54×10-3?cm,可见光平均透射率大于85%。论文第五章主要讨论了AZO薄膜中的缺陷对薄膜微结构、电学性能和光学性能的影响以及随退火工艺的变化。晶界吸附物对AZO薄膜的主要影响是提高薄膜电阻率和降低禁带宽度,增加可见光发光以及使耗尽层中产生单电子的氧空位缺陷;氢气气氛下,薄膜电阻率随温度的变化结果表明AZO薄膜在RT-350℃范围内主要表现为类金属性质的行为,即薄膜电阻率随温度的升高而升高。圆鼓上的AZO薄膜除了表现类金属性质的行为外,电阻率还出现了迟滞回线的变化,原因归结为*2()OH在升温至523K的分解以及在降温至453K的重新形成。氢气退火移除了薄膜中的晶界氧,使靶材前方不同位置AZO薄膜的晶界势垒趋于一致。然而由于靶材前方AZO薄膜的晶粒尺寸不同,导致氢气退火后靶材前方AZO薄膜的迁移率仍然空间分布不均匀。论文第六章对本文的工作进行了总结,并对以后实验室AZO薄膜的研究工作进行了展望。