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随着紫外光探测器在微电子、环境保护、火灾预警、生物、医学研究、天文学以及军事国防等领域的应用日益增长，新型高性能低成本紫外光探测器的研究越来越受到关注。本论文以研制高性能氧化锌(ZnO)基紫外探测器为目标，研究ZnO基薄膜的组成、微观结构和光电性能之间的关系，通过优化ZnO薄膜的组成和生长方法以提高ZnO基紫外探测器的光电响应性能。
通常ZnO基紫外探测器对可见光有强烈的光电响应，通过对其光谱响应和变温光致发光性能的研究，发现可见光电响应来源于VO2+深能级缺陷与VoH0浅施主缺陷之间的光激发跃迁。因此，消除ZnO基紫外探测器的可见光响应需要降低Vo缺陷浓度，提高ZnO薄膜的结晶质量。为此，研究了在高氧分压条件下生长ZnO薄膜的结构和光电性能：发现氧分压升高，Vo缺陷浓度降低，背景载流子浓度降低；但氧分压过高，高浓度氧气分子与成膜粒子碰撞加剧，降低成膜粒子的能量，导致薄膜晶粒间界致密度下降，表面粗糙度增加，载流子迁移率下降。通过引入低氧分压生长的ZnO薄层作为缓冲层，能够明显降低高氧分压生长薄膜的粗糙度，但缓冲层高浓度VO缺陷会诱导薄膜中Vo缺陷浓度增加，这种诱导作用可以通过将缓冲层在氧气下退火处理得以减弱。最后，采用氧等离子体增强PLD方法通过提高氧的反应活性显著降低了Vo缺陷浓度，提高了薄膜的结晶质量：晶粒由无规则形状转变规则六边形，并且尺寸增大；背景载流子浓度降低5个数量级至1014cm-3，载流子迁移率提高至37cm2W-1s-1。
研制日盲紫外探测器需要获得禁带宽度为4.5eV的薄膜，而ZnO的禁带宽度为3.26eV，本研究通过Mg和Be替换Zn以开展ZnO基薄膜能带调控的研究。首先研究了生长条件对ZnMgO薄膜成分、结构和禁带宽度的影响，实现了纯六方纤锌矿ZnMgO薄膜禁带宽度在3.26-4.19eV范围连续可调。研究了六方和立方混合相的ZnMgO薄膜的光吸收和光电响应性能，发现薄膜的长波光电响应截止边由禁带宽度低的六方相决定。通过ZnO和BeO多靶交替沉积的方法生长了禁带宽度为4.5eV的ZnBeO薄膜，由于Be与Zn的离子半径差异过大，薄膜的结晶较差。采用Be，Mg共替换方法，抑制了ZnMgO的相分离，降低了单掺Be引起的ZnO晶格畸变，并且实现了纤锌矿结构ZnMgBeO薄膜的禁带宽度在3.7-4.9eV范围内连续可调。
采用标准半导体lift-off工艺在ZnO薄膜上制作TlAlPt叉指电极，经过引线封装制备了MSM结构光电导型紫外探测器原型器件。通过自行搭建的紫外探测器光谱响应测试系统和响应时间测试系统研究了紫外探测器光电响应性能的影响因素。通过优化条件制备的ZnO基光电导型紫外探测器对可见光不响应，紫外波段最高响应度达17A/W(5V偏压)，响应上升时间1μs，下降时间10ms，紫外/可见响应抑制比在104量级。另外，在p型Si衬底上生长n型ZnO薄膜，通过沉积上下电极制备了ZnO/Si异质结型紫外探测器原型器件。采用Anderson模型，分析了异质结探测器可见光响应的产生机制。采用氧等离子体增强PLD方法生长ZnO薄膜，可以明显降低Vo深能级缺陷浓度，大幅度降低ZnO的自由电子浓度，显著压缩异质结的空间耗尽层在Si中的分布，有效抑制ZnO和Si中的可见光响应，成功研制出可见光盲ZnO/Si异质结型紫外探测器原型器件。