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金属氧化物薄膜晶体管(Thin Film Transistor, TFT)与目前工业界主流的硅基TFT相比具有潜在的优势，包括更好的电学性能和更低的制作成本，因而成为当前显示技术领域的研究热点之一。尽管目前以多元系金属氧化物（如铟镓锌氧，即IGZO）为沟道材料的TFT表现出了更为优良的器件特性，但以二元系氧化锌(ZnO)为沟道材料的TFT具有制作成本低和对环境友好等优势。因此从长远发展考虑，ZnO TFT值得全面而深入的研究。对此，本文提出一种采用金属靶反应溅射制备ZnO薄膜并以此为沟道构建ZnO TFT的方法。通过对此进行系统的理论和实验研究，取得如下研究成果: 1、从实验上系统研究了采用金属靶反应溅射的ZnO薄膜的生长条件对材料性质的影响，着重研究了ZnO薄膜的微结构、表面形貌、光学特性、电阻率以及腐蚀特性与溅射气氛中氧含量的依赖关系。实验结果表明:ZnO薄膜的电学、结晶性质随着溅射气氛中氧含量的提高而逐渐稳定，薄膜结晶晶粒尺寸随之逐渐减小到几个纳米。此外，薄膜的电阻率随氧含量的增加并不是单调的变化，与采用陶瓷靶溅射的ZnO薄膜的电阻率随氧含量的变化规律不同。ZnO薄膜的性质能够在一个较大的工艺窗口内得到有效的控制。 2、实验研究了纳米晶ZnO沟道对提高薄膜晶体管性能所起的作用。实验证明:采用纳米晶ZnO沟道，可以有效降低沟道内的载流子数目，从而降低器件的关态电流，提高器件的开关态电流比。同时，采用纳米晶沟道可以获得良好的沟道表面性质，有效地改善了大面积制备器件时所存在的特性不均匀的问题。通常多晶ZnO薄膜晶体管表现耗尽型器件的工作特性，而实验获得的纳米晶ZnO薄膜晶体管表现出增强型器件的工作特性。 3、提出并实验研究了采用反应溅射金属靶的方法制备ZnO薄膜晶体管的低温工艺，器件的整个制备过程的最高工艺温度为150℃。采用不同氧气和氩气流量比条件下生长的ZnO薄膜作为沟道制备了薄膜晶体管。通过实验发现:在氧气和氩气流量比为0.75-0.8之间可以获得理想的器件特性，所制备的器件的饱和迁移率为7.4 cm2/V·s，阈值电压为5.9V，开关态电流比高于1×107，亚阈值斜率为0.58V/decade，器件性能优于采用溅射陶瓷靶的方法在低温下制备的器件的性能。 4、系统研究了氮化硅(SiNx)栅介质和氧化硅(SiOx)栅介质对器件性能的影响，并分析了影响器件特性的主要因素，包括沟道缺陷、沟道/栅介质界面以及氢引入效应等。通过实验发现:与SiNx栅介质相比，采用SiOx栅介质可以有效改善器件的载流子迁移率和亚阈值斜率（2～3倍）。 5、对采用双层ZnO薄膜作为沟道的薄膜晶体管进行了实验研究。以第一层具有低本征缺陷密度的高阻ZnO薄膜与栅介质形成良好的界面特性;以第二层含有高载流子浓度的低阻ZnO薄膜来提高器件的载流子迁移率和开态电流。实验结果显示:与单独采用一层高阻或低阻ZnO薄膜作为沟道的器件相比，采用双层ZnO薄膜作为沟道的器件表现出显著提高的载流子迁移率和亚阈值特性，器件的饱和迁移率为8.1cm2/V·s，阈值电压为5.6V，开关态电流比高于1×107，亚阈值斜率为0.93V/decade。 6、系统研究了ZnO TFT在栅应力下的可靠性。通过实验发现:由于ZnO沟道/介质界面附近与过量氧相关的受主型缺陷态的影响，器件在应力下的阈值电压漂移随沟道长度的增加而增大，当沟道长度大于20μm时，其影响不再显著。