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氧化锌是一种宽带隙化合物半导体，具有六方纤锌矿结构，激子结合能为60meg。ZnO具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性、且易于与多种半导体材料实现集成化。由于这些优异的性能，ZnO具有广泛的应用前景，引起了国内外科学界及工业界的极大关注。目前，ZnO的p型掺杂依然是限制ZnO应用的瓶颈。研究掺杂的物理机制是解决p型掺杂的基础。本文着眼于ZnO的p型掺杂这一关键问题，围绕ZnO薄膜的生长机制、本征缺陷物理、p型掺杂机理和载流子输运行为展开研究。
分别采用脉冲激光沉积(PLD)方法、超声喷雾热分解(USP)方法和射频磁控溅射方法生长了ZnO薄膜。研究发现PLD法易于获得高结晶质量的单一取向薄膜，对蓝宝石沉积进行预退火处理，可以在其表面形成原子台阶，从而提高ZnO薄膜质量。USP方法成膜粒子能量低，生长薄膜为多晶结构，沉积时间对ZnO薄膜质量的影响与沉积温度类似，在衬底温度为450℃时，沉积时间以40min为宜。用XRD研究了磁控溅射的优化工艺，衬底温度500-700℃，氧气分压0.2－1Pa，在此基础上，研究了Si片上沉积ZnO薄膜的演变过程，分析了薄膜生长机理。离子溅射可以对Si表面进行一定形貌化，在合适剂量的情况下，有助于提高沉积速率，但对Si片表面会有损伤，从而带来应力，因此有必要对其进行退火处理。
研究了退火气氛和温度对氧化锌薄膜光电性能的影响。结果表明，不同气氛下最佳的退火温度有所不同，如氧气中退火最优温度为600℃，而氩气为700℃，氮气为800℃。高温和低温退火效果并不一样，这主要是由于两种温度下扩散机制不一样造成的。ZnO薄膜的深能级发射经计算得到是由于Zni到VZn的跃迁而导致的绿光发射。H比较容易分解，并容易存在于ZnO的晶粒晶界之间，可以极大提高ZnO薄膜的电学性能。
研究了离子注入对氧化锌薄膜光电性能的影响，离子注入对ZnO薄膜有破坏作用，因此为了得到高质量ZnO薄膜，需要在离子注入之后进行后续退火处理。轻元素如C、H、N等离子注入，与薄膜的相互作用主要表现为溅射效应，且在ZnO薄膜中易于占据间隙位置。采用双离子注入的办法得到了稳定的P型掺杂，其中Li、N共掺得到的p型ZnO，载流子浓度、迁移率分别为3.54×1019cm-3和619.9cm2·V-1·s-1，而电阻率仅为0.09Ω·cm。而Ga、N共掺可不经过退火活化即可得到载流子浓度、迁移率和电阻率为1.41×1019 cm-3、1.07 cm2·V-1·s-1和0.4393Ω·cm的p型ZnO薄膜。
以高质量的AAO薄膜为模板或者掩膜，制备了ZnO纳米点阵列，并以之为籽晶层，制备ZnO纳米线或纳米柱，研究了其场发射性能。结果显示，纳米线的场发射性能比纳米柱更加稳定，而且离子辐照能够提高场发射的均匀性和点密度。在600℃下，经氢等离子体处理2小时后的ZnO纳米线场发射开启电压值仅为0.55V·um-1，而其阈值电压约为2.3 V·um-1，达到甚至超过现有碳纳米管或ZnO材料场发射性能。用简单的热蒸发法制备得到ZnO/CNTs复合材料，并研究了复合材料对甲基橙溶液的光催化性能。