二氧化钒（vanadium dioxide,VO2）是关联电子氧化物的典型代表之一,在340K附近发生可逆的金属—绝缘体转变（Metal—insulator transition,MIT）,在转变前后,它的光吸收、电阻率、磁化率、折射率和晶体结构等物理性质也发生相应的剧烈变化,这使其在新型晶体管、相变存储、光电开关和红外探测等领域具有极大的应用前景,而且高质量的VO2薄膜与现代微电子工艺兼容性较好,在红外探测器领域逐步开始规模化应用。另一方面,VO2金属—绝缘体转变机理及其外场（例如:电场、掺杂、应变、温度等）调控规律,成为凝聚态物理领域的研究热点,然而,电场、掺杂、应变、温度等手段对VO2薄膜金属—绝缘体转变的调控都是接触式的,难以施加原位动态的掺杂、应变、温度等外场条件,也不利于器件集成,阻碍了基于VO2的电子器件走向实用化。有所不同的是:光场对VO2金属—绝缘体转变的调控能够克服上述传统调控手段静态的、接触式的以及难以集成的不足,进而达到动态、非接触式地对VO2金属—绝缘体转变进行可逆调控。不仅如此,当前VO2金属—绝缘体转变的光场调控研究主要集中在横向平面薄膜中,纵向垂直薄膜及其异质结中的金属—绝缘体转变调控研究尚处于初期阶段,亟需进一步探索。基于上述研究背景与不足之处,本论文首先利用高真空磁控溅射技术在掺Nb的TiO2（Nb:TiO2）晶体衬底上生长关联电子氧化物薄膜VO2,构建VO2/Nb:TiO2外延异质结,深入研究该外延异质结相变驱动的电输运特性;紧接着,利用光场对关联电子氧化物外延异质结金属—绝缘体转变特性进行调控研究,并且对MIT的光场调控机制进行了初步讨论,主要取得了以下研究成果:（1）VO2/Nb:TiO2外延异质结微结构及其相变驱动电输运特性的研究。我们利用磁控溅射技术在0.05 wt%掺杂的Nb:TiO2半导体晶体上生长了VO2薄膜,构建了垂直外延异质结器件VO2/Nb:TiO2,并对其微结构和电输运性能进行了表征,我们发现该垂直异质结器件具有与横向单层VO2薄膜相似的MIT行为,表现出物相依赖的整流特性,而且在变温过程中显示出迴滞特性。当在相变温度以下时（例如:24 oC）,在±1 V偏压下,整流比（Rectification Ratio,RR）高达7000,如此大的RR主要归因于绝缘相的VO2外延薄膜与Nb:TiO2衬底之间形成的交错n-n型异质结构;当温度升高到相变温度以上时,RR降低到29.4,这是由于在较高温度时金属相的VO2外延薄膜与Nb:TiO2衬底之间形成了肖特基结,电子热发射增强,导致结区电流增大,整流效应减弱。另外,在MIT过程中,势垒高度和理想因子在加热和冷却过程中都可逆地增加和减少,并具有迴滞特性。升高温度时,势垒高度由M1相中的0.825 e V,增加至R相中0.9 e V,在MIT附近的相共存区域中减小;理想因子由1.024增加至1.030。可见,RR、势垒高度和理想因子的迴滞行为由界面处VO2薄膜金属—绝缘体转变驱动的,而且,不同偏置电压下的整流比与VO2/Nb:TiO2界面上电压调控的能带结构密切相关。这项研究工作表明,基于关联电子体系VO2的垂直异质结器件的输运特性可通过MIT特性来进行设计,并且能够在垂直界面处实现更加有效的电压调控,比传统平面结构中的电流调控MIT更加有效。（2）VO2/Nb:TiO2外延异质结的光响应表征及光场对金属—绝缘体转变的调控研究。我们研究了VO2/Nb:TiO2纳米尺度异质界面上的金属—绝缘体转变的光场调控特性。我们发现该异质结MIT幅度从黑暗状态的350倍降低到光照状态下的7倍,并且以幂指数规律依赖于光功率密度。通过打开和关闭光照,能够可逆地、同步地调控异质结的高、低电阻态,且该异质结电阻的光学调控率也与光功率密度成幂指数依赖。在低于MIT温度下,当光照功率密度为65.6 m W/cm~2时,结电阻的光学调控率达到320倍;当升高温度时,VO2薄膜转变为金属态时,结电阻的光学调控率仅有约1倍的变化。上述研究结果归因于异质结势垒高度的降低（净减少15 me V）和光伏效应诱导的异质界面处VO2的金属化。在低温下,可见光光照激发Nb:TiO2深缺陷能级电子跃迁至导带,在异质结内建电场的作用下进入VO2的d//能带,进而诱导异质界面绝缘相VO2金属化;而在MIT温度以上,异质结转变为肖特基型结,光照对金属相VO2能带结构的调控减弱,进而导致结电阻的调控率大幅降低。该项研究工作表明:非接触式的光学手段可以有效操纵关联电子材料VO2的MIT行为,有望在非致冷型的光电检测和光电开关中得到广泛的应用。