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近年来,由于Al掺杂ZnO薄膜(ZnO:Al)具有优良的光电性能,又因其原料丰富、成本低廉以及在氢等离子体环境中稳定等优点,已经成为透明导电薄膜领域的研究和应用热点之一。ZnO:Al薄膜通常作为透明电极材料广泛地应用于光伏器件和OLED器件中。低电阻率和可见光区高透过率是影响电极材料的两个重要因素。为了降低薄膜电阻率,通常把Al原子掺入到ZnO晶格中成为替位原子,从而增加晶格中自由载流子浓度,提高薄膜的导电性。如果Al掺杂量过低,薄膜导电性得不到提高；如果Al掺杂量过高,过剩的Al原子不但会成为晶格缺陷降低载流子浓度和迁移率,而且还会成为晶格散射中心降低薄膜在可见光区的透光率。所以只有在适量铝掺杂范围内,才能使薄膜兼具优良的光学和电学性能。因此,探究Al掺杂量对ZnO:Al薄膜光电性能的影响有一定的实际意义。本文分别采用Al掺杂含量为1wt.%、2wt.%、3wt.%的Zn/Al合金靶材和Al掺杂含量为2wt.%的A1203陶瓷靶材,利用直流磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了ZnO:Al薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、PANalytical XRD衍射系统(XRD)、传统四探针、UV-3150型IR-VIS-UV分光光度计、HMS-3000Hall测试仪分别研究掺杂含量和各种工艺参数对ZnO:Al薄膜的结构、电学(载流子浓度、迁移率和电阻率)和光学特性的影响,研究结果如下：(1)研究不同Al掺杂量ZnO:Al薄膜电学性能受衬底温度的影响。实验得出：随着掺杂量的增加(1～3wt%),反应最佳衬底温度值减小,分别在230℃、210℃、180℃时对应电阻率最低,分别为6.3×10-4Ω·cm、7×10-4Ω·cm和1×10-3Ω·cm.我们从溅射气相原子与衬底间能量交换行为的角度分析。(2)选取Al掺杂量不同的ZnO:Al薄膜样品(电阻率相同),研究掺杂量对薄膜光学的性能。实验得出：在紫外波段,随着掺杂浓度的增加,吸收限发生“蓝移”。在近红外波段(800-1100nm)1wt.%的ZnO:Al透光率明显高于2wt.%、3wt.%的ZnO:Al薄膜。这主要是因为1wt.% ZnO:Al的载流子浓度低,自由载流子对光子的吸收少引起的。(3)选取Al掺杂量不同的ZnO:Al薄膜样品(电阻率相同),利用Hall效应测试探究铝掺杂量对薄膜载流子浓度和载流子迁移率的影响。实验得出：在三个样品电阻率大致相同的情况下,随着掺杂量的增加,薄膜的载流子浓度逐渐增加,但薄膜载流子的迁移率逐渐下降。我们从掺杂机制和迁移率的散射机制方面给予解释。(4)采用2wt.%Al掺杂的陶瓷靶材制备ZnO:Al薄膜,研究氧气流量和衬底温度对薄膜光电性能的影响,同时与2wt.%Al掺杂的合金靶材制备的ZnO:Al薄膜比较衬底温度对它们电阻率的影响。实验得出：①薄膜电阻率随着氧气流量的增加急剧增大。当氧气流量为0.22sccm时,薄膜电阻率最小为5.02×104/Ω·cm,载流子浓度为4.237×1020/cm-3,迁移率29.32cm2/V·s。②薄膜电阻率随着衬底温度的升高逐渐降低。当衬底温度为400℃时,电阻率达到最低4.7×10-4Ω·cm.③与2wt.%Al掺杂的合金靶材制备的ZnO:Al薄膜比较得出：合金靶材制备的ZnO:Al薄膜所需衬底温度较低,当在210℃时,电阻率达到最低最低6.74×10-4Ω·cm.我们从合金靶材反应溅射和陶瓷靶材的溅射机理方面给予解释。(5)系统研究了1wt.%Al掺杂的ZnO:Al薄膜电阻率受衬底温度的影响,并且将其作为阳极应用到OLED器件中。实验得出：①当衬底温度为230℃时,电阻率最小,阻值为6×10-4Ω·cm。②与相同电阻率的ITO阳极制备的OLED器件对比看出,两种器件都表现出典型的二极管特性。但是从电流密度、发光亮度和电流效率三方面角度来看,AZO薄膜阳极器件均低于ITO薄膜阳极器件的性能。初步分析原因是AZO薄膜的功函数略小于ITO薄膜的功函数,导致阳极空穴注入能力相对降低。