氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜具有高的可见光区透过率、较低的电阻率和较高的功函数,被广泛应用于光电子领域。但由于铟的自然储量少、成本高、有毒性、稳定性能不理想等原因限制了ITO的应用范围,因此,研制ITO的替代产品已成为该领域的一个重要课题。氧化锌(ZnO)具有优良的光电、铁电和压电特性,可以方便地制备出性能优良的功能薄膜,已经成为近20年来半导体材料领域的研究热点之一。掺杂氧化锌具有原材料丰富、价格低廉、无毒性、稳定性好以及沉积温度较低等优势,被认为是替代ITO薄膜的理想材料之一,在平板显示器、太阳能电池、发光二极管和传感器等诸多领域有着广泛的应用前景。本文以普通玻璃作为衬底材料,采用射频磁控溅射技术制备氧化锌钛(TZO)透明半导体薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计、四探针仪等测试,研究了TZO薄膜的微观结构、光学性质、电学性质以及光电综合性能,并利用有效单振子模型分析了TZO薄膜的折射率色散性质,获得了如下主要结论:(1)衬底温度对TZO薄膜微观结构和光电性能的影响。不同衬底温度下所制备的TZO薄膜均为多晶的六角纤锌矿结构,并且具有(002)择优取向生长特性,钛掺杂没有改变薄膜的晶体结构。衬底温度变化对薄膜的结晶性能和光电性能具有一定的影响,当衬底温度为410 K时,TZO薄膜的可见光区平均透过率最高(76.21%)、品质因数最大(3.17×103 S·cm-1)、光电综合性能性能最优。另外,在本文研究的范围之内,衬底温度对TZO薄膜的光学带隙影响不明显(3.47~3.49 eV)。(2)溅射气压对TZO薄膜微观结构和光电性能的影响。在不同溅射气压条件下,TZO薄膜的结晶质量和光电综合性能随着溅射气压增加而呈现出先变好而后变差的趋势,当溅射气压为0.6 Pa时,TZO薄膜的电阻率最低(1.15×10-3Ω·cm)、品质因数最大(3.17×103 S·cm-1),具有最佳的光电综合性能。同时溅射气压对TZO薄膜的光学带隙也具有较明显的影响(3.45~3.49 eV),溅射气压为0.6 Pa时光学带隙最大(3.49 eV)。(3)靶基距离对TZO薄膜微观结构和光电性能的影响。靶基距离从70 mm增加到75 mm时,TZO薄膜的可见光区平均透过率和电阻率均减小,而光学带隙和品质因数增大。当靶基距离为75 mm时,TZO薄膜的光学带隙为3.47 eV、品质因数较大为2.67×103 S·cm-1,其光电综合性能较好。(4)TZO薄膜光学常数的计算及其折射率色散性质的分析。基于测试的透过率数据计算了不同工艺参数时TZO薄膜的光学常数,结果表明:在可见光区TZO薄膜的折射率随波长增加而减小,表现为正常色散关系,同时折射率的色散行为遵循有效单振子模型。(5)制备TZO薄膜的最佳工艺条件。基于制备工艺参数对TZO薄膜光电综合性能影响的研究,获得了射频磁控溅射法沉积TZO薄膜的最佳工艺条件如下:衬底温度为410 K,溅射气压为0.6 Pa,靶基距离为75 mm,溅射功率为200 W,溅射时间为20 min。