ZnO是一種被廣泛關注的寬禁帶半導體，在室溫下，其禁帶寬度為3.37eV，能量對應于光譜中的近紫外波段，可用來對該波段的輻射進行探測；激子束縛能60meV，可用于制備室溫下的短波長激光器件；熱穩定性和化學穩定性高且抗輻射能力強，制備的器件適用范圍廣且壽命長。ZnO在摻入低濃度Al離子時可以形成良好的替位式半導體，制備出高性能的透明導電氧化物薄膜（TCO）；在摻入高濃度Al離子時可以形成合金半導體，調控其光學禁帶寬度，制備出可對日盲區紫外輻射進行探測的功能薄膜。基于不同的Al離子濃度，ZnO基薄膜材料能在民用與軍事方面實現特殊的功能，發揮不同的作用。基于此，本論文在ZnO中摻入不同濃度的Al離子，并在優化的工藝條件下，分別實現了電阻率為3.8×10-4Ωcm，可見光區透過率達到90%的ZnO:Al（AZO）透明導電薄膜；以及光學禁帶寬度為4.41eV，對應吸收截止波長281nm的Al0.3Zn0.7O日盲紫外光電陰極薄膜的制備。深入分析了材料的結構與性能，對基礎理論進行了探討，并對這兩種薄膜材料各自功能的實現機制進行了詳細論述。本論文的主要內容如下：首先，探索了提高透明導電氧化物薄膜AZO結晶質量的制備方法，得到了優化的摻雜濃度與制備條件。實現了高效Al替位摻雜，降低了了電子遷移過程中的散射幾率，從而提高了電子遷移率，實現了AZO薄膜高的電導率和可見光透過率。通過系統的分析表征，得到了其光電性能參數，以及薄膜的內部結構、缺陷狀態、薄膜組分等信息。驗證了其相對于ZnO薄膜而言高的遷移率（32cm2/Vs）；證實了鋅空位（VZn）在薄膜中的大量存在。采用不同氣氛中的原位退火處理，驗證了反位取代缺陷OZn為產生光致發光（PL）譜中綠光發光峰的主要原因。其次，基于Burstein-Moss效應的理論基礎，提出了實現日盲紫外探測光電陰極薄膜的方法，并成功制備出了該Al0.3Zn0.7O薄膜。利用高濃度Al離子產生的大量電子，并且根據ZnO導帶底較窄、有效態密度較小、對數量較多的電子無法完全容納的特點，迫使電子占據導帶底以上的電子態，實現了費米能級進入導帶的簡并狀態。這種狀態同時實現了光學帶隙的展寬和表面功函數的減小。對Al0.3Zn0.7O陰極薄膜的研究結果表明，該薄膜處于無定型細微結晶的狀態，表面平整度很高，且自身具有抑制氧吸附的能力。其光學禁帶寬度約為4.41eV，對應的吸收邊為281nm，符合日盲紫外探測的波長范圍。光電子能譜證實了其價帶和導帶的展寬量，開爾文探針測試標定了其表面勢壘的大小。這些結果表明該薄膜符合作為日盲紫外光電陰極材料的條件。利用上述兩種薄膜共同構造了日盲紫外探測器，并采用了特有的Cs激活方式對薄膜進行修飾。該探測器對254nm的紫外輻射有很高的光暗響應比，對波長更長的輻射則沒有響應，證實了電子在光輻射作用下直接從價帶躍遷到導帶的響應過程。在0.5mW/cm2的輻射功率和80V偏壓下，得到的光暗電流比約為103。在周期性光暗變換狀態下，該探測器的響應特性十分清晰，證明了器件的重復使用性。同時，光譜響應也證實了該探測器的響應波段與日盲紫外相符。Cs激活使薄膜表面吸附一層Cs原子，利用其自身功函數低的特點（1.8eV），進一步降低薄膜表面處的功函數，使電子發射時需要越過的勢壘高度變低，增大量子效率。通過對探測器I-V曲線的理論推導和擬合，得到了電子發射的類型。最后探究了真空度、激活以及外置偏壓對表面勢壘的影響，為整個體系的進一步研究打下了基礎。
