自从2004年在LaAlO₃/SrTiO₃（LAO/STO）界面发现二维电子气以来,传统半导体设备的核心概念,如二维电子气、场效应等,正以复杂氧化物的形式被实现,具有新颖物理现象的高迁移率器件在功能电子领域的应用引起了广泛的关注。基于SrTiO₃的薄膜及异质结可以通过界面极化、阳离子替换以及氧空位注入等多种方式获得高迁移率载流子。然而上述方法难以实现对载流子的调控以及可重复擦写。通过表面离子轰击、离子液体双电层以及探针加压扫描等方法可以实现对载流子的调控,但这些方法会对表面造成损坏或难以保存,因而无法满足实际应用的要求。本论文提出一种新颖的解决思路,通过可自由开启和关闭的离子通道,对界面氧空位的浓度进行可重复的精确调控,从而实现对高迁移率且可擦写的氧化物界面二维电子气的调控。具体工作与结果概述如下:（1）提出利用氧化物异质结构中氧空位形成能与氧空位迁移势垒的差异,通过高温真空退火开启和关闭氧原子逸出通道以获得界面氧空位与载流子浓度可擦写调控的设计思路。结合第一性原理计算,利用层状氧化物Sr_n+1Ti_nO_3n+1（RP）的氧空位形成能与氧空位迁移势垒较SrTiO₃更高,且其氧空位形成能以及迁移势垒还可以被n指数进行调控的特点,实现界面高迁移率二维电子气的精确调控;（2）利用氧化物分子束外延技术,优化生长条件,制备出一系列高质量Sr_n+1Ti_nO_3n+1/SrTiO₃样品。系统地研究了不同条件下利用退火实现RP层中氧离子通道的开启和关闭,来获得对SrTiO₃界面氧空位与载流子浓度的调控,得到载流子迁移率已超过5.5×10⁴cm²V^-1s^-1。同时,利用在真空及氧气氛下进行离子通道的开启和关闭实现高迁移率二维电子气的可重复擦写,这一性质符合现代电子器件可重复利用的需求,使得其在新型高迁移率功能电子器件中的应用成为可能;（3）改进了氧化物分子束外延生长技术。外延薄膜制备过程中单晶衬底温度控制的稳定性对外延薄膜的质量具有重要影响。通过改进单晶衬底背底吸热镀层的黑度,大幅提高了薄膜生长中衬底的温度的稳定性,从而提高了薄膜的质量。