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金红石结构过渡金属氧化物(CrO2、TiO2、VO2、RuO2、SnO2等)因为其特殊多样的物理性质,在很多领域有着广泛的应用价值,一直是新型功能材料研究的热点。RuO2是一种四方金红石结构(a=b=0.4490nm, c=0.3106nm)的氧化物,具有低电阻率、较高的功函数(约为5.2eV)、较好的热稳定性和耐化学腐蚀等性质,一直作为一种重要的电极材料应用在薄膜电阻器、铁电随机存储器、动态随机存储器、有机薄膜晶体管等中。有报道金红石相的RuO2作为种子层能进一步促进其他金红石氧化物(如金红石相TiO2)的生长。VO2在68℃附近发生金属与半导体之间的相变,发生相变时通常伴随着晶体结构、光学和电学常数的巨大变化。VO2的这种相变除了可以由热导致外,还可以通过加电压或电场、光照等方式触发。研究还发现在薄膜生长中,通过选择合适的衬底利用应力作用其相变的转变温度可以进行调节,甚至可以调到室温。VO2的这些特殊的性质使得其在很多领域有着重要的应用价值,如两端转换装置、莫特场效应管、振荡器、热敏电阻材料、光致开关材料,智能玻璃窗涂层,太阳能温控装置等。本文主要探索了用激光脉冲沉积(PLD)设备,在具有相似金红石结构的单晶MgF2衬底和晶格匹配性好的Al2O3(1-102)衬底上外延生长高质量RuO2和VO2的薄膜,并进行结构、性质上的研究。RuO2导电薄膜的制备报道很多,较多是沉积在LaAlO3、Si、MgO、YSZ等衬底上。由于较大的品格失配造成薄膜呈现多晶特性或单一取向的薄膜存在多种面内排列方式。本文通过选用具有较好晶格匹配性的金红石结构MgF2衬底和Al2O3(1-102)衬底,利用激光脉冲沉积设备制备了高质量的外延单晶RuO2薄膜。在两种衬底上得到的RuO2薄膜的室温电阻率分别为38μΩ·cm和45μΩ·cm。并且,通过高分辨X射线衍射仪和高分辨率透射电子显微镜研究了外延的细节。由于具有较小的晶格失配,研究中VO2薄膜较普遍地生长在金红石结构的TiO2衬底上。超薄的VO2生长在TiO2(001)衬底上时,由于应力作用其转变温度可降到室温300K附近。但是金红石相TiO2衬底的价格较高,限制了研究和应用。在这里,我们选用另一种具有相似金红石结构的MgF2衬底,利用PLD设备外延生长出具有较好相变特性的VO2薄膜。通过X射线衍射,证明其外延的关系。变温拉曼散射光谱测量证实了相变前后结构从单斜到四方之间的转变。在这两种衬底上生长的薄膜(约110nm)相变温度点都低于单晶体材料的340K,且薄膜且有接近四个数量级的电阻降落。用同样的方法,尝试了在Al2O3(1-102)衬底上生长VO2薄膜。理想条件下生长的VO2薄膜相变温度为Thot≈332.6K, Tcool≈328.3K,R-T回线的宽度约为4.3K,且相变前后电阻的变化超过104数量级。为了研究VO2的电致相变特性,利用前面分别生长高质量的RuO2和VO2薄膜的经验,制备了VO2/RuO2/MgF2(110)和VO2/RuO2/Al2O3(1-102)的异质结结构,研究了垂直于膜面方向的相变和阻变特性。在垂直方向测量热致相变时发现,相变点的温度要低于没有RuO2缓冲层直接生长于衬底上的样品。在Au/VO2/RuO2/Al2O3电容结构的VO2薄膜器件中，成功观察到恒温下加电压导致的电流跃迁现象。综上所述,成功运用PLD技术在金红石结构的MgF2衬底和Al2O3(1-102)衬底外延生长出具有良好导电特性的RuO2和较好相变特性的VO2薄膜。这为研究了具有相似结构的金红石氧化物的外延生长并制备集成多种功能的金红石氧化物的器件提供了经验。