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过渡金属硫族化合物（Transition metal dichalcogenides,TMDs）是一种类石墨烯结构的光电材料,它具有较好的光活性、适合的光响应带隙宽度和高的迁移率,在新一代太阳能电池和场效应晶体管（Field effect transistor,FET）方面具有较大的潜力。无论是应用于p-n结型太阳能电池还是应用于CMOS电路的p-FET,都需要p型半导体材料,因此对p型半导体材料的制备和性能研究显得非常必要。本论文对MoSex和WS2两种TMDs薄膜的制备工艺、结构和性能进行了系统的研究,重点探索了Al掺杂对薄膜结构与性能的影响,力图为MoSex和WS2薄膜用于太阳能电池和场效应晶体管提供有价值的技术基础。本文的主要研究内容和结果如下:采用射频磁控溅射法制备MoSex和Al:MoSexOy薄膜,揭示了衬底温度和Al掺杂量对薄膜结构和性能的影响规律。随着衬底温度升高,MoSex薄膜有结晶的趋势,载流子浓度增加。150oC下制备的薄膜具有较高的霍尔迁移率,以其作为沟道制备的背栅MoSex FET,具有较高的载流子迁移率和开关比。研究发现随着Al掺杂量增加,高价Mo离子的含量增加,光学带隙增大。通过Al:MoSexOy FET的分析研究,发现Al的掺入能够获得p型导电FET,适量Al也提高其电学性能。系统研究了磁控溅射+H2S/CS2硫化制备Al:WS2薄膜的工艺,获得了Al掺杂量对Al:WS2薄膜结构、成分、光学和电学的影响规律。结构分析表明,Al:WS2薄膜沿c轴垂直于衬底的方向择优生长,Al掺入引起薄膜结晶质量下降。XPS分析发现,Al掺杂WS2薄膜中主要含有W-S键、Al-S键,以及少量的Al-O键和W-O键。在相同Al掺杂量下对比两种硫化工艺,发现CS2硫化制备的Al:WS2薄膜的结晶质量更好,氧的含量相对较少,硫化效果更为明显。Al:WS2薄膜的光学和电学性能分析表明,Al掺杂能够获得p型导电薄膜,随着Al掺杂量的增加,Al:WS2薄膜的电阻率逐渐增大,霍尔迁移率逐渐减小,载流子浓度先增大后减小,光学带隙先减小后增大。Al:WS2薄膜在可见光波段的吸收系数为105 cm-1,在A（1.94 eV）和B（2.35 eV）附近出现吸收激子峰。CS2硫化后Al:WS2薄膜的电学性能优于H2S硫化后的Al:WS2薄膜,未掺杂WS2薄膜的霍尔迁移率达到了1.51×101 cm2V-1s-1。采用原子层沉积（Atomic layer deposition,ALD）+CS2硫化工艺制备Al:WS2薄膜,获得了Al掺杂量对Al:WS2薄膜结构、成分、光学和电学性能的影响规律。Al:WS2薄膜沿着（002）方向择优生长,Al掺杂量的增加会导致（002）衍射峰的强度减小,薄膜结晶质量下降,与磁控溅射+硫化工艺类似。XPS分析发现,W4f、S2p、O1s和Al2s的结合能随着Al掺杂量的增加,向低结合能方向移动,说明Al掺杂后费米能级靠近价带,形成了p型掺杂。光学和电学性能分析表明,随着Al掺杂量的增加,薄膜的平均透过率和电阻率逐渐增大,霍尔迁移率和吸收系数逐渐减小,光学带隙先减小后增大,载流子浓度先增大后减小。Hall测试表明Al掺杂能获得p型传导特性,未掺杂WS2薄膜的霍尔迁移率达到1.63×101 cm2V-1s-1,2.40%Al掺杂WS2薄膜的霍尔迁移率为9.71 cm2V-1s-1。在相同的Al掺杂量下,研究了厚度对Al:WS2薄膜的结构和性能影响。结果表明厚度降低后,Al:WS2薄膜的晶粒尺寸减小,结晶质量下降,光学带隙值增加,电阻率升高,霍尔迁移率降低。利用第一性原理计算了未掺杂、Al或O掺杂、（Al,O）共掺杂单层WS2的结构特性、能带结构和态密度性质。在有O的条件下,适量Al更容易掺入到单层WS2中,但提高Al和O掺杂浓度后,掺杂原子不容易掺入到单层WS2中;未掺杂WS2薄膜的布居数（0.41）反映出S-W键具有共价键性,2.08%（Al,O）共掺杂单层WS2中的W-S键具有更强的共价键性和更小的键长;未掺杂和2.08%O掺杂单层WS2都为直接带隙,Al和（Al,O）共掺杂都能获得p型单层WS2。计算了不同Al和O掺杂浓度下体相WS2的能带结构和态密度,在有O的条件下,适量Al更容易掺入到体相WS2中;体相WS2为间接带隙半导体,Al掺杂和（Al,O）共掺杂都能获得p型导电的WS2。随着Al掺杂浓度的增加,体相WS2的禁带宽度减小;随着（Al,O）掺杂浓度增加,体相WS2的禁带宽度先减小后增加,与实验结果相一致。无论单层还是体相WS2,过高的Al掺杂浓度都会产生深能级,不利于载流子的传输,因此要控制适量的掺杂浓度。