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非晶氧化物半导体(AOS)薄膜晶体管(TFTs)凭借其高迁移率、可见光区高透明性、低温制备等优点,在液晶显示器、有机发光二极管、全透明器件及柔性电子等领域具有潜在的应用前景而受到广泛关注。虽然AOS-TFTs已被认为最有可能取代传统硅基薄膜晶体管应用于显示领域,为了获得TFTs器件更好的电学性能及其稳定性,在氧化物半导体沟道层和氧化物介质层材料以及制备工艺方面的研究仍然存在大量的工作亟待开展。本论文围绕新型氧化物沟道层、栅介质层材料的研究、溶液法制备AOS薄膜的红外光照以及氧等离子体处理工艺研究等四个方面展开。主要研究内容和研究结果如下：利用直流磁控溅射法首次研制了高价态掺杂的非晶掺钨氧化铟(a-IWO)沟道层薄膜。所制备的a-IWO薄膜在可见光区具有良好的透明性,平均透射率超过85%,同时薄膜具有良好的平整度及均匀性,最大平均粗糙度仅为0.436 nm。以a-IWO薄膜作为沟道层,旋涂的聚四乙烯苯酚(PVP)作为栅介质层制备了顶栅结构的a-IWO-TFTs。器件电学性能表明钨起到了载流子抑制剂的作用,适量的掺杂有利于器件性能的提升。采用7.5 at.%掺杂的a-IWO作为沟道层的TFT具有最佳性能,其饱和迁移率、亚阂值摆幅、电流开关比分别为8.3 cm2/Vs、0.58 V/dec和5.23× 105,同时器件回扫曲线的偏移为0.47V,表现出良好的电学稳定性。研究发现,适度的大气退火处理有利于IWO薄膜上表面浅层区域中钨低价离子的进一步氧化及氧空位的修复。由于缺陷态的减少,上表面可以为电子的传输提供高迁移率的传输路径,退火后的a-IWO-TFT的迁移率增大到12.6cm2/Vs。然而过长时间的退火处理却会导致薄膜中总载流子浓度的降低和薄膜表面平均粗糙度的上升,因而会导致迁移率的下降及亚阂值摆幅的增加。本工作表明高价态掺杂的a-IWO薄膜具有良好的半导体性能,作为新型氧化物沟道层薄膜具有应用于高性能、全透明TFTs器件的前景。针对溶液法制备的氧化物TFTs器件性能有待提高的问题开展了深入研究。探索了氧等离子体处理对溶液法制备的a-IGZO-TFTs器件性能的影响。研究证实了氧等离子体处理后器件的迁移率、电流开关比均显著提升,分别由0.072 cm2/Vs、8.23 ×104增加为1.07 cm2/Vs和2.99×107,而亚阈值摆幅随等离子体处理时间的延长由0.84V/dec增加为2.01 V/dec.分析发现,氧等离子体中存在原子氧和氧分子离子两种组分,原子氧与薄膜中的氧空位反应在降低氧空位浓度的同时,提升薄膜迁移率；而少量的氧分子离子O2+易于聚集在薄膜上表面作为捕获态存在,导致亚阂值摆幅的增加。因此,采用氧等离子体处理工艺时,需要尽量增加原子氧的含量、减少O2+的含量,以获得预期的处理效果。溶液法制备氧化物半导体薄膜需要较高温度(>400℃C)的退火处理,为了降低工艺温度,提出了采用红外辐射退火处理溶液法制备的氧化物沟道层的新工艺。傅里叶变换红外光谱分析表明红外辐射退火对有机基团分解的促进作用是热炉退火的6倍。红外辐射功率密度增加、退火时间延长有利于降低a-IGZO薄膜中残留的有机基团及金属氢氧化物,并促进氧化物的形成。以旋涂的PVP为栅介质层,2.54 W/cm2功率密度下红外退火的a-IGZO薄膜作为沟道层制备的TFT器件具有2.04 cm2/Vs的饱和迁移率,1.52x106的电流开关比和0.84 V/dec的亚阈值摆幅,而工艺温度仅为300℃C。实验结果证明红外退火处理是一种有效的退火处理新工艺。针对high-k材料存在热稳定性差、易于结晶及禁带宽度较窄击穿电压较低等问题,提出了一种溶液法制备二元混合型high-k氧化铝钛(TAO)薄膜材料的新思路。通过控制薄膜的组分获得了介电常数在8.7-33.4间变化,光学禁带宽度5.6-3.8 eV、以及具有较好热稳定性的TAO薄膜,在800℃条件下退火处理后薄膜依旧为非晶态。钛含量为40%的TAO薄膜具有较好的综合性能：介电常数为16.5,同时在2MV/cm的电场下漏电流密度仅为4×10-7A/cm2。而采用Ti0.4Al0.6O作为栅介质层,溶液法制备的a-IZO作为沟道层制备的a-IZO-TFT器件的场效应迁移率、亚阈值摆幅、电流开关比和阈值电压分别为3.92 cm2/Vs、0.56 V/dec、7.7×106和1.76 V,而栅极漏电流仅为1.74x10-7A,体现了TAO薄膜良好的介电性能。基于上述研究,进一步开展溶液法制备氧化镁钛(MTO)薄膜的研究,并研究了钛含量对薄膜介电常数、禁带宽度和漏电流密度的影响。结果表明：薄膜的介电常数、漏电流密度随钛含量的增加而增加,而禁带宽度却随之降低。Mg0.6Ti0.4O薄膜在20 V的偏压下漏电流密度为9.1×10-7A/cm2,同时薄膜具有较高的介电常数(17.2)。以Mg0.6Ti0.4O作为栅极介质层,溶液法制备的a-IZO作为沟道层制备的a-IZO-TFT具有良好的器件性能,场效应迁移率、亚阈值摆幅、电流开关比和阈值电压分别为3.41 cm2/Vs .32 V/dec.6×106和-0.9 V。上述结果表明溶液法制备的TAO、MTO高介电常数薄膜可以作为介质层材料应用于氧化物薄膜晶体管中。对于不同的应用要求,需要在禁带宽度、介电常数和漏电流密度方面做细致的权衡与调节。