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本论文首先研究了单晶硅衬底上高质量MgO过渡层薄膜的结晶与生长过程及其控制方法，以期达到用硅衬底+MgO过渡层薄膜取代难以实际应用的MgO单晶衬底材料。再在硅衬底+MgO过渡层薄膜(或+外延电极薄膜)上外延生长出BST功能薄膜，使硅衬底上功能薄膜的基本物理特性接近或达到氧化物单晶衬底上功能薄膜的水平。
文章采用脉冲激光沉积方法(PLD)作为薄膜材料的主要制备手段，研究了硅衬底上过渡层薄膜和电极薄膜的外延生长机理与取向控制及功能薄膜的外延生长过程和结晶形态控制。采用硅衬底上生长外延过渡层薄膜+电极薄膜的方法，获得了层状外延生长的单晶BST氧化物功能薄膜。研究了硅基集成功能薄膜系统的结晶学，物理化学过程，以及元素掺杂对功能薄膜物理性能的影响，并讨论了单晶BST功能薄膜受主掺杂机制和漏电电导机制。研究表明，引入TiN籽晶层，使MgO过渡层薄膜的生长模式转变为二维层状生长，显著提高了MgO过渡层薄膜的结晶性和表面形貌，获得表面具有原子级平整度的单晶MgO过渡层薄膜。Si(100)/MgO(100)结构可以作为一种准衬底材料替代价格昂贵、加工困难的MgO(100)单晶衬底材料。同时，分别对外延层状生长的MgO薄膜和岛状生长且面内随机取向的多晶MgO薄膜的内应力驰豫过程进行了分析，结果表明，在膜厚范围为40-100nm的区间内，外延层状生长的MgO薄膜显示出明显的应力释放和驰豫过程。在Si/MgO衬底上分别外延生长了(200)Ir，(200)Pt以及(111)Pt金属电极薄膜，通过初期生长条件的控制，使薄膜的生长模式遵循层状生长模式，表面平整度达到原子级水平。输入激光能量密度对Pt电极薄膜的c轴取向具有调控作用，Pt电极薄膜的生长动力学和生长速率的各向异性是Pt电极薄膜的c轴取向选择生长的主导原因。(200)Ir和(200)Pt金属电极薄膜，其表面微观形貌有着明显的差异，Ir电极薄膜微观结构更加致密紧凑，无柱状晶生成。两类电极薄膜在初期形核状态上的差异将直接影响了其表面微观形貌的变化。用高能反射电子衍射仪(Reflectionhigh-energyelectrondiffraction：RHEED)对多层薄膜生长过程进行实时监控，控制薄膜的二维层状生长。在Si(100)衬底上原位生长MgO薄膜+Ir电极薄膜+BST功能薄膜的多层异质全外延结构，实现了BST薄膜的层状生长模式，得到了表面具有原子级平整度的单晶BST功能薄膜。BST功能薄膜/Ir电极薄膜/MgO薄膜和硅衬底的外延关系为：BST〈001〉//Ir〈001〉//MgO〈001〉//Si〈001〉(in-plane)，BST(100)//Ir(100)//MgO(100)//Si(100)(out-of-plane)。并对单晶BST功能薄膜的受主掺杂机制和漏电电导机制进行了研究，分析认为，BST单晶薄膜中Al受主掺杂量的变化不仅导致掺杂替位缺陷形态的变化，而且极大地影响着薄膜的漏电行为，显著降低漏电流密度，并改变其漏电电导机制。对于ABO3钙钛矿型单晶BST薄膜材料，在较低的掺杂浓度下，掺杂剂A1占据BST晶格的B位置，而在较高的掺杂浓度下，认为掺杂剂Al在占据BST晶格的B位置的同时，部分的占据了BST晶格的A位置。A位取代与B位取代协同作用可以使薄膜的整体漏电流密度进一步降低，证实了协同掺杂对改善BST材料的介电性能的作用。