透明导电氧化物薄膜是一种重要的光电子信息材料,因其具有可见光区高透过率、红外区高反射率和较低的电阻率,在薄膜太阳能电池、平板液晶显示器、发光二极管和传感器等领域得到了广泛的应用。在这类材料中,氧化锌(ZnO)是一种宽禁带(3.3 eV)的n型半导体材料,具有原材料资源丰富、价格低廉,沉积温度相对较低和在氢等离子体环境中稳定性好等优点,是一种最具希望替代ITO的材料。目前掺Al、Ga、In和B等元素的ZnO基透明导电薄膜己经用各种技术制备出来。尽管如此,寻找新型的透明导电氧化物薄膜仍然是非常有意义的。　　本文首次采用射频磁控溅射法在玻璃和硅衬底上室温沉积了掺钽的氧化锌透明导电薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和四探针测试仪等分析手段对薄膜进行了表征和分析。详细地研究了掺杂比例和退火温度对薄膜微结构、表面形貌、化学组分、光学和电学性质的影响。通过研究得出以下主要结果:　　XPS分析结果表明:Ta元素在薄膜中以Ta5+状态存在的;O1s光电子能谱可以拟合为结合能分别是530.31 eV,530.97 eV和532.17 eV的三个峰,分别对应于ZnO六角纤锌矿结构中的O2-,ZnO结构中氧缺乏区域中的O2-和薄膜表面吸附的氧;薄膜中O/Zn的值为84.73％,说明所制备的薄膜是缺氧的。XRD分析结果表明:不同掺杂比例下制备的ZnO:Ta薄膜为多晶薄膜,具有六角纤锌矿结构,呈c轴择优取向,没有发现单质Ta及其氧化物的特征峰,说明Ta元素以替位Zn原子的形式溶入ZnO晶格中形成了固溶体;当掺杂比例从0 wt.％增加到10 wt.％,薄膜的(002)峰衍射角从34.18o减小到33.70o c,晶格常数从0.5242 nm增加到0.5314 nm,表明薄膜内部存在平行于轴方向的张应力;薄膜沿c轴的晶粒尺寸在9.4~13.5 nm之间,当掺杂比例为5 wt.％时制备的薄膜具有最好的结晶性能。随着退火温度的升高,薄膜由未退火时沿(002)晶面择优取向生长逐渐转变为500℃下退火温度时的(103)晶面择优取向生长。AFM分析结果表明:当掺杂比例为5 wt.％时,薄膜有最大平均颗粒尺寸94.46 nm和最小表面粗糙度4.480 nm。随着退火温度的升高,薄膜表面粗糙度(RMS)先增加后减小;平均颗粒尺寸在94.46~118.05 nm之间。薄膜的电学特性测试分析结果表明:随着掺杂比例的增加,薄膜的电阻率先显著下降,当掺杂比例为5 wt.％时薄膜有最小电阻率7.81×10-2?·cm,电阻率的减小是由于载流子浓度的增加引起的,其主要来源于薄膜中的氧空位和掺杂离子替代晶格中Zn离子产生的,当进一步增加掺杂比例到10 wt.％,电阻率增大到1.25×10-1?·cm,这是因为多余的Ta原子会倾向于聚集在晶格间隙处形成中性的缺陷,导致载流子浓度和迁移率的同时降低,电阻率呈现上升趋势;随着退火温度的增加,薄膜的电阻率相应的增加,由未退火时的6.81×10-2?·cm增加到500℃时的1.55?·cm,这是因为存在于表面和晶界的吸附态氧的影响。薄膜的光学特性测试分析结果表明:不同掺杂比例下制备的ZnO:Ta薄膜在可见光区域(400～800 nm)的平均透过率均大于85％;光学带隙随掺杂比例先增加后减小,当掺杂比例为5 wt.％时薄膜有最大光学带隙为3.38 eV,光学带隙随掺杂比例的变化可以用Burstein-Moss效应得以解释;随着退火温度的增加,薄膜紫外基本吸收边发生红移;薄膜的光学带隙随着退火温度的升高从未退火时的3.38 eV降到500℃退火下的3.33 eV,这可由Burstein-Moss效应和量子限域效应来解释。当掺杂比例为5 wt.％时薄膜的性能指数最高,为2.20×10-4Ω-1;随着退火温度的升高,薄膜的性能指数反而下降,说明大气气氛下退火不是一种能改善ZnO:Ta薄膜光电性能的有效方法。