氧化亚铜(Cu2O)为一种本征p型无机半导体材料,因其具有高光学吸收系数和空穴迁移率、制备工艺简单、储备丰富和环境友好等优点,太阳能电池和薄膜晶体管等领域有着重要的应用前景。然而,目前报道的Cu2O基太阳能电池和薄膜晶体管的性能均不够理想,这主要是由于其Cu2O薄膜的晶体生长方向、微观结构以及载流子的产生和输运不能被很好的调控,从而导致薄膜的结构和电学性质仍有待提高。因此,通过探索和研究新的薄膜生长工艺,获得兼具低电阻率和高霍尔迁移率的高质量Cu2O薄膜,是提高Cu2O基功能器件性能的必要条件。在上述背景下,本论文开展了对脉冲激光沉积(PLD)法高质量Cu2O及其薄膜晶体管的研究。本论文主要的研究工作及结果如下:(1)PLD法生长Cu2O薄膜的基础工艺探索研究了 PLD沉积过程中羽辉粒子和的扩散传播方式,发现液滴的扩散传播比羽辉粒子更为密集的约束在靶材法向上,因此将衬底放置在与羽辉扩散不同轴处可以有效的减少薄膜上液滴的数量。另外由于羽辉粒子的有效扩散传播距离要大于液滴颗粒,所以增加靶材和衬底之间的距离也可以减少液滴的数量。最后,通过扫描电镜观测薄膜微观形貌和电学性能测试,发现较大的激光能量密度下制备薄膜的质量更好。(2)高质量单晶Cu2O薄膜的制备及其性质研究通过调节PLD生长时的氧气压强在MgO(110)衬底上制备出了兼具低电阻率和高迁移率的单晶Cu2O薄膜。X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的测试结果表明在氧气压强0.06和0.09 Pa条件下生长的薄膜为纯相Cu2O,并且在0.09 Pa条件下生长的高质量Cu2O和衬底的外延关系为Cu2O(110)//MgO(110)以及 Cu2O(001)//MgO(001)。0.09Pa条件下制备的Cu2O薄膜具有较高的透过率和2.56 eV的光学带隙。通过霍尔测试可知,在0.09 Pa条件下制备的Cu2O薄膜具有目前报道的最低的电阻率6.67 Ω cm以及较高的霍尔迁移率 23.75 cm2 v-1 s-1。(3)具有多重畴结构的Cu2O薄膜的制备及其性质研究用PLD法在掺铱氧化锆(YSZ)(100)衬底上生长了 Cu2O薄膜,详细研究了不同氧气压强对于薄膜性质的影响。薄膜的表面形貌、物相和晶体结构受到氧气压强明显的影响。0.09 Pa下制备的薄膜为纯相Cu2O并且具有最好的结晶质量,其面外外延关系为Cu2O(110)//YSZ(100)并且存在了六重畴结构,与之相关的面内外延关系也被清晰的推断得出。0.09 Pa下制备的Cu2O薄膜具有最低的电阻率13.4 Ω cm和最高的霍尔迁移率16.3cm2v-1s-1。在0.02-0.12Pa的氧气压强下,薄膜的光学带隙在2.37到2.57 eV的范围内变化。(4)基于氧化亚铜的薄膜晶体管的制备与性能研究在SiO2/Si衬底上以PLD法生长的Cu2O薄膜作为有源层,以Au作为电极,制备出了底栅顶接触结构的p型Cu2O薄膜晶体管。通过对Cu2O TFT的沟道进行适当的N2等离子体处理,可以在一定程度上调控有源层的载流子浓度,提高器件的开关比。但是由于等离子的轰击作用会对晶格结构造成破坏,引入缺陷,因此N2等离子体处理也造成了器件场迁移率的降低。