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在半导体异质结的研究中,通过能带剪裁,可在其界面形成二维电子气（Two-Dimensional Electron Gas,2DEG）,从而实现异质结界面电荷与杂质的空间分离,减弱电子在输运过程中受电离杂质的散射作用,显著提高异质结的载流子迁移率。2004年,美国贝尔实验室的Ohtomo教授采用SrTiO3（STO）和LaAlO3（LAO）这两种绝缘体薄膜构成了异质结,并证实了STO/LAO氧化物异质结中2DEG的存在。这个发现激发了人们对氧化物异质结研究的极大兴趣。但从电子器件的角度看,STO/LAO异质结界面2DEG的迁移率仍然不够理想。虽然,在低温下（4 K）STO/LAO异质结的载流子迁移率很高,达到104 cm2/Vs量级,但其室温载流子迁移率却并不高,小于10 cm2/Vs,这就使得STO/LAO异质结的器件价值受到极大限制。在氧化物半导体中,非晶InGaZnO是一种广受关注的重要材料,其载流子迁移率可达10 cm2/Vs,而且基于InGaZnO的薄膜场效应晶体管已用于平板显示的驱动电路研制,并且在有源矩阵液晶显示器（Active-Matrix Liquid Crystal Display,AMLCD）和有源矩阵有机发光二极管（Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode,AMOLED）显示器上实现工业化应用。从材料的角度看,InGaZnO属于RAMO4材料体系,其中,R代表In或Sc,A代表Al或Ga,M代表Ca、Cd、Mg或Zn。它们都具有相同的晶体结构和相近的晶格常数,且因材料组份不同而具有不同的能带结构。因此,这类氧化物具有构造氧化物异质结的客观条件。论文以InGaZnO为基础构造氧化物异质结,为此需要探索其势垒层材料。根据InGaZnO能带随组份的变化规律,本论文选择了铟镓镁氧化物（InGaMgO）,通过Mg对Zn的全部取代,调控其导带底和价带顶位置,实现异质结界面能带的剪裁,期望显著提高InGaZnO的载流子迁移率,推动氧化物电子学的发展。为此,本论文开展了以下研究工作:论文采用磁控溅射的方法沉积了InGaZnO薄膜。通过透射电镜（Transmission Electron Microscope,TEM）、扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）以及原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）等方法表征了InGaZnO薄膜的表面形貌;通过紫外分光光度计测试了InGaZnO薄膜的透射率,并利用其吸收系数计算了InGaZnO薄膜的带隙宽度（3.0 eV）;通过制备InGaZnO薄膜光电导器件研究了薄膜的光敏特性。在薄膜生长和材料物性研究基础上,本论文还研制了InGaZnO薄膜场效应晶体管,器件电学性能测试显示:所研制薄膜场效应晶体管的场效应迁移率为10.0 cm2/Vs,为构建基于InGaZnO的氧化物异质结奠定了基础。论文研究了InGaMgO薄膜的生长及其性质,本论文通过InGaO和MgO双靶共溅射方式沉积了InGaMgO薄膜,采用X射线衍射仪（X-Ray Diffraction,XRD）、紫外分光光度计以及霍尔效应测试仪对InGaMgO薄膜的物理性能进行表征,并通过制备InGaMgO薄膜光电导器件分析了薄膜的光敏特性。在InGaMgO薄膜制备及物性研究的基础上,论文研制了基于InGaMgO薄膜的场效应晶体管,并且研究了氧气氛下退火处理对器件性能的影响,发现:经过氧气氛下的退火处理能够显著提升InGaMgO薄膜场效应晶体管的光敏特性。但是,研究同时发现InGaMgO薄膜场效应晶体管的关断电压太大,使得该器件必须在极大的偏压下工作,从而导致器件的应用价值大大降低。在开展了InGaZnO和InGaMgO薄膜生长及其材料物性变化规律研究的基础上,本论文生长了InGaMgO/InGaZnO异质结,采用X射线光电子图谱（XPS）作为分析手段,绘制出了InGaMgO/InGaZnO异质结界面的能带结构。研究结果显示:异质结界面导带发生了能带弯曲,并存在界面势垒/势阱结构,使电子在势阱侧形成积累、在势垒侧呈现耗尽的特征。因此,InGaMgO/InGaZnO异质结具有形成2DEG的可能性。在能带计算结果的指导下,本论文研制并测试了InGaMgO/InGaZnO异质结场效应晶体管的电学性能,发现:InGaMgO/InGaZnO薄膜场效应晶体管的迁移率达到30.0 cm2/Vs,是InGaZnO薄膜场效应晶体管迁移率的三倍,间接证明了异质结界面处沟道的产生。在解决了InGaMgO/InGaZnO薄膜场效应晶体管研制工艺基础上,论文研究了栅介质介电常数对InGaMgO/InGaZnO薄膜场效应晶体管电学特性的影响。通过将SiO2栅介质替换成ZrO2栅介质,器件的场效应迁移率上升到45.3 cm2/Vs。在异质结性能研究基础上,论文进一步研究了不同厚度的InGaMgO薄膜作为光吸收层对InGaMgO/InGaZnO薄膜场效应晶体管光敏特性的影响。研究结果显示:当InGaMgO薄膜的厚度太薄时,它无法完全吸收入射光,导致异质结下层的InGaZnO薄膜也会吸收部分入射光并产生本征激发,从而影响器件的光电性能;而太厚的InGaMgO薄膜会阻碍光生载流子注入到异质结下层的InGaZnO薄膜中,使得器件光电性能变差,当InGaMgO薄膜厚度约为200 nm时,器件具有最好的性能,光/暗电流比达到9.8×105、响应度达到1.4×104 A/W,探测率达到8.09×10155 Jones。