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氧化锌(ZnO)是近年快速发展起来的多功能宽禁带半导体材料，在短波激光器和紫外探测器等领域获得广泛应用。近年来，随着ZnO相关光电器件的发展，ZnO基功能性材料的设计逐渐成为新型材料开发的研究热点。过去研究中最为瞩目ZnO基功能性薄膜是以Al掺杂ZnO为代表的透明导电薄膜和过渡金属Mn掺杂ZnO为代表的稀磁性半导体薄膜。本文紧扣ZnO基功能材料的研究热点，利用磁控溅射工艺制备了不同的ZnO基功能性薄膜，系统研究了ZnO基异质结中的侧向光伏效应、电阻开关效应及光致极性电阻效应。此外本文率先尝试了在ZnO中同时引入电子和自旋（共掺Al，Mn），在共掺ZnO薄膜中获得了光致极性电阻和电阻开关效应共存的现象。这对发展ZnO基新型光电探测和存储器件具有重要意义。主要研究结果如下： (a)ZnO基功能性薄膜中的侧向光伏效应： 1)透明导电薄膜Al-doped ZnO中的侧向光伏效应。基于Al-doped ZnO/SiO2/Si结构，在Al掺杂ZnO薄膜上获得了位置灵敏度高达41.85mV/mm的侧向光伏效应，并分析了薄膜厚度对侧向光伏的影响，基于准费米能级概念给出了新的模型解释侧向光伏效应。 2)稀磁性半导体薄膜Mn-doped ZnO中的红外侧向光伏效应。首次将长期用于短波长器件的ZnO材料拓展至近红外波段，在980nm的激光照射下，薄膜表面的侧向光伏效应良好。同时系统研究了侧向光伏效应对激光频率与功率的双重依赖关系，引入量子效率概念解释了侧向光伏在不同功率范围内随激光波长变化不同的原因。 (b)Cu-doped ZnO/SiO2/Si中的电阻开关和侧向光伏效应共存 1)基于Cu-doped ZnO/SiO2/Si结构，在Cu-doped ZnO薄膜表面获得了线性度良好的侧向光伏效应，且证实Si基底表面的侧向光伏效应具备更高的空间辨识度，将其归因于Cu在ZnO中可能存在不同的掺杂方式。 2)在该结构中获得了高低阻态比率达2个数量级、记忆窗口最大达8.8V的单极性电阻开关效应，间接证实了界面效应是Cu-doped ZnO薄膜系统中电阻开关效应的主导。使得Cu掺杂ZnO极有潜力作为下一代电阻存储器的材料。 (c) Al、Mn共掺ZnO薄膜中的双重光控电阻效应 1)基于(Al,Mn)co-doped ZnO/SiO2/Si结构，在薄膜面获得了新型的变化率达180％光致极性电阻，其初始阻值与极性电阻效应测量过程中的恒定阻值不同，因此多出一个电阻态。 2)在(Al,Mn)co-doped ZnO/SiO2/Si结构中获得了光控电阻开关效应，该电阻开关效应不仅受到外加偏压的影响，还可以受到点光源照射的影响,因此系统的电阻开关效应可以通过外加电场或光场调控，使得电阻开关效应的调控增加了一个新的自由度。 在掺杂ZnO材料实现了双重电阻效应，并能够实现理论上的信息存储，会给今后基于ZnO掺杂新型材料或设计的理念带来新的突破 此外，我们曾对新型纳米材料C纳米管（nanotube）关注许久，因研究周期原因，仅研究了其在MOS结构中作为界面材料对侧向光伏效应的影响，在侧向光伏效应一章单列出一节，不再单独叙述。