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ZnO是一种新型的直接带隙宽带半导体,室温禁带宽度约为3.37eV,激子束缚能高达60meV。在大气条件下,ZnO具有六方纤锌矿结构。作为新一代的宽禁带半导体材料,ZnO具有优异的光学、电学及压电特性,在发光二极管、光探测器、电致荧光器件、透明导电薄膜、表面声波器等诸多领域有着广泛的应用。ZnO薄膜的制备方法主要有:磁控溅射法、分子束外延、金属有机化学气相沉积、溶胶-凝胶法等。磁控溅射法由于具有设备简单、成本低、易操作、沉积率高、对基底温度的要求相对较低且薄膜的附着性好,其成分在一定程度上可控等优点而被广大研究者广泛采用。 本论文通过射频磁控溅射和直流反应磁控溅射方法研究了相同条件下,不同Al掺杂对ZnO薄膜的结构及光学特性的影响,从而为ZnO薄膜的研究和应用提供一些实验数据和理论基础。主要研究结果如下: 1、采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Al-ZnO薄膜,研究了不同Al掺杂量对薄膜结构和光学性质的影响,所有样品都呈现出较强的(002)衍射峰,有较好的c轴择优取向。薄膜表面平整光滑,晶界较明显。薄膜的平均透射率均在85％以上,并随着Al掺杂量的增加而降低。随着Al掺杂量的增加,薄膜的光学带隙值先增大,后减小,吸收边先蓝移,后红移。这与量子限制模型计算结果变化趋势完全一致。因此量子限制模型可以较好的解释Al掺杂导致ZnO纳米薄膜光学带隙的变化。 2、采用直流反应磁控溅射方法在玻璃衬底上制备出Al掺杂ZnO薄膜,并研究了薄膜的微观结构,表面形貌及光学特性。结果表明,未掺杂时ZnO薄膜呈现出较强的(002)衍射峰,这表明薄膜具有垂直于基底平面较好的c轴择优取向,结晶较好,是单晶体。掺杂Al原子后,薄膜均出现(100)、(002)、(101)三个峰,呈现出多晶。通过分析薄膜的透射光谱得到,样品在可见光区的平均透射率均约在82%以上,薄膜的吸收边向短波长方向移动。对Al-ZnO薄膜,影响薄膜透射率的是自由载流子,随着掺杂量的增加,透射率逐渐降低,这与射频磁控溅射制备Al-ZnO薄膜的透射率结果一致。而对未掺杂的ZnO薄膜却显出比掺杂后较低的透射率,我们认为这和薄膜的不均匀及薄膜与衬底材料的界面有关。通过线性拟合得出,随着掺杂量的增加,样品光学带隙值逐渐增大,吸收边蓝移,这与透射结果一致。根据量子限制模型计算所得样品的光学带隙值与线性拟合所得的光学带隙值虽然数据上不是完全吻合,但变化趋势完全一致,因此量子限制模型可以较好的解释Al掺杂导致ZnO薄膜光学带隙的变化。