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钛酸钡(BaTiO3，BTO)是一类经典的铁电和介电材料，由于蕴含丰富的物理和电学特性，而被广泛研究并应用于铁电随机存储器、多层陶瓷电容、热释电探测器等电子器件。相对于绝缘的铁电性和介电性，学术界对BTO体系的导电性和电荷输运机制的研究还远不够深入。较低的载流子迁移率、无法可靠调控的导电性限制了BTO更广泛应用于微电子器件和光电子器件。因此，无论是在基础研究领域，还是在实践应用领域，澄清BaTiO3的电荷输运机制、可靠的调控其导电性和大幅度提高其载流子迁移率都具有非常重要的意义。我们采用脉冲激光沉积(PLD)技术制备外延BTO薄膜，研究其导电性和电荷输运机制。 本论文的第一部分工作，研究和展示了物理微结构缺陷对Nb掺杂BTO薄膜导电性和电荷输运行为的调控作用。通过改变生长温度(500℃-700℃)，我们获得了一系列具有不同微结构缺陷的BaNb0.5Ti0.5O3(BNTO)薄膜。低温生长的样品，薄膜结晶性较差，微结构缺陷密度较高;高温生长的样品，薄膜结晶性较好，微结构缺陷密度较少。不同温度生长的BNTO薄膜呈现出明显不同的电荷输运行为，说明物理微结构缺陷是影响其导电性和电荷输运的重要机制。650℃生长的BNTO薄膜表现出较高的载流子迁移率和最低的电阻率。微结构缺陷通过热激发机制调控BNTO薄膜的电荷输运行为。 本论文的第二部分工作，研究了BTO薄膜与衬底的界面氧空位扩散对其电荷输运的影响。以SrTiO3(STO)为衬底，不同氧气分压生长的BTO薄膜的导电性和电荷输运行为明显不同。薄膜的电阻率随生长氧压的降低而迅速减小，电荷输运发生绝缘体-半导体-金属转变。生长条件相同，STO衬底上的BTO薄膜呈现金属性导电行为，而DyScO3(DSO)和MgO上的BTO薄膜呈现半导体性导电行为。各元素深度分布的X射线光电子能谱和二次离子质谱研究结果表明，BTO/STO界面有明显的氧空位扩散，而BTO/MgO和BTO/DSO界面没有氧空位的扩散。本工作说明，界面氧空位扩散是影响BTO外延薄膜导电性和电荷输运的另一重要机制。 总之，本论文研究了物理微结构缺陷、薄膜/衬底界面氧空位扩散对外延BaTiO3薄膜导电性和电荷输运的影响，为未来深入理解BaTiO3电荷输运行为、可靠调控BaTiO3导电性提供了新的思路。它将有力促进BTO在新型微电子器件和光电子器件领域的应用。