氧化锌(ZnO)作为一种重要的无机化合物,一直以来是人类历史的一部分。二十世纪材料科学中的新技术促进发现这种材料革命性的和潜在的价值。近几十年来,在当今和未来的纳米技术产业中,ZnO潜在应用的研究非常活跃。由于相对宽的禁带(3.37 eV)和高的激子束缚能(60 meV)提供了它在室温发光的潜力,ZnO被称为第三代半导体材料。除了光电子能力,电子和光化学性能的氧化锌已被用作气体传感器,透明电极,压敏器件,太阳能电池和紫外探测器。此外,原材料廉价而且丰富,较好的生物相容性,无毒,良好的化学和热稳定性和抗辐射能力,这让ZnO在未来的许多应用中是一种可供选择的材料。高质量ZnO薄膜在纳米尺度的重要性能,可以有效使现代设备集成化和小型化。薄膜制备技术的发展,提供了更多控制ZnO性能的方法,为它的工业应用铺平了道路。化学溶液法制备的薄膜与其他复杂的物理法相比,成本低并且环境污染小,占用空间小,灵活性高,但是薄膜质量,控制生长,掺杂和生长机制的解释仍然是一个棘手的问题。本文中,我们使用简单的化学溶液方法来制备掺杂和未掺杂的ZnO薄膜,从而优化掺杂条件,有针对性地解决控制生长ZnO薄膜的瓶颈性问题。在此方面,设计一些新途径来调整化学溶液法。基于实验结果,提出并全面解释分析生长机制。用溶胶凝胶法在不同的退火温度下,非晶玻璃上制备了Al掺杂氧化锌(AZO)薄膜,掺杂浓度为1-10 at.%。XRD,SEM和带隙测量表明,在我们的制备条件下Al掺杂4 at.%的薄膜具有最高的掺杂水平。退火温度对薄膜掺杂水平无明显影响,但是薄膜的结晶度和透明度随着退火温度的升高而增加。高掺杂浓度(如10 at.%)的薄膜不论在何种退火温度下都将产生裂纹,因为薄膜结构中存在过量的未掺入Al形成的Al2O3。溶胶老化时间影响薄膜的掺杂水平,随着溶胶老化时间的增加,薄膜的透明度增加。通过XRD,XPS和紫外可见光谱分析,发现20-24小时是获得最佳薄膜掺杂的老化时间,这样的溶胶所制得的薄膜具有较低表面的粗糙度和较高的质量。前驱溶液20-24小时的老化时间能够获得高质量的掺杂薄膜,因为他们是一个理想的稳定溶液体系。控制ZnO薄膜生长取向的一个新方法是两步溶液法。使用溶胶／微乳液溶液体系,水热法在Si衬底上沉积ZnO种子,Si衬底用湿刻蚀技术刻蚀成“V”型的凹槽。化学浴沉积,在合适的溶液和生长条件下,可以在带有种子的刻蚀Si衬底上成功生长出非极性m面(1010)ZnO。最优化衬底表面装饰,ZnO种子特性和化学浴沉积,来控制生长取向。XRD显示具有非极性(1010)生长择优取向,场发射扫描电子显微镜表征显示薄膜形貌是高致密的纳米片状结构。不同时间生长反应的场发射扫描电子显微镜分析,生长过程分为三步：(1)溶解,(2)再结晶,初步生长,(3)原位形核/结晶和二次生长。PL分析表明薄膜无缺陷,具有高的光学质量,因为纯的和高结晶薄膜结构。高透光率和导电性的非极性a面(1120)ZnO薄膜成功沉积在非晶玻璃衬底上。通过控制ZnO种子层的特征来控制ZnO薄膜的生长。结果证明,CBD法制备ZnO时,由于IPA对极性晶面的选择性吸附,水溶液中IPA抑制了薄膜沿着(0002)极性面生长。当(0002)晶面生长受阻时,由于(1120)面的相对高表面能和快生长速率,种子层晶粒沿着(1120)非极性晶面生长。不同CBD生长时间的TEM发现竞争生长机制,基于此结果,提出了一种生长模型。非极性薄膜的透光率在95%左右,这对于未掺杂的ZnO来说很难做到。PL分析确定了高光学性能,非极性薄膜有很低的结构缺陷。R-T测试显示,非极性薄膜在室温下的电阻率在大约9.3 Ω.cm,这甚至比许多溶液法生长的极性ZnO薄膜或者物理沉积的薄膜更好。表面润湿性能测量显示非极性薄膜相比于极性薄膜来说有很好的疏水特性。依据已经提出的有机晶体生长的生长模型,我们成功的通过调节溶液/溶剂的极性和在非晶玻璃衬底上制备的种子层的特性来控制晶体的生长取向。通过这种模型,成功生长出了主要的极性面如(002),(101),(112)和非极性面如(100),(110)的高质量的ZnO薄膜。XRD, FESEM, TEM和AFM被用来研究薄膜生长的结构和形貌特征,通过这些结果,合理解释了该生长机制。实验结果证实了薄膜生长现象,氧化锌薄膜的生长取向是被溶液／溶剂极性诱导以及种子层的特性指导和微调的。生长的薄膜在可见光范围内是透明的,透明度高于80%。PL分析给出了极性和非极性生长取向的薄膜,缺陷密度和类型上的差别。CBD法生长的薄膜表面湿润特性表明薄膜表面湿润性依靠它的极性,因为从强极性到非极性生长取向的改变,薄膜亲水性降低。(002)极性面具有很好的亲水性,然而非极性薄膜的(110)面具有疏水性。