Ti02是一种性能优异的多功能宽禁带氧化物半导体材料,在光催化、透明导电薄膜、染料敏化太阳能电池、绝缘栅、自旋电子器件等方面具有非常广泛的应用前景。目前已在多种衬底材料上制备出导电性和光透过性良好的Ti02薄膜,可用于气敏传感器、透明导电电极等,成为新型氧化物半导体薄膜材料的研究热点之一。金红石型Ti02具有直接带隙(～3.0 eV),且物理化学性质非常稳定,因此也是一种很有前景的光电材料。使用溅射、溶胶凝胶等方法制备的Ti02薄膜因为是多晶结构而性能稳定性差。因此,制备结构完整的Ti02外延薄膜,研究其晶格结构和光学性能,不仅在制作高性能的光电子器件方面具有实际应用价值,而且也有着重要的科学意义。本论文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术分别在A、C、M面蓝宝石和铝酸锶钽镧(LSAT)单晶衬底上生长了不同取向的Ti02外延膜,并对其结构及光学性质进行了较为系统的研究。实验中采用高纯Ti(N(CH3)2)4作为Ti有机源,超高纯N2作为载气,高纯O2作为氧化剂,有机源摩尔流量为2.5×10-7mol/min,衬底温度为500℃、550℃、600℃和650℃。在上述衬底上成功制备出Ti02薄膜,主要研究工作和结果如下：1.A、C、M面蓝宝石衬底上制备TiO2薄膜(1)XRD分析结果表明A面蓝宝石衬底上生长的均为单一取向的金红石型TiO2(101)薄膜。550℃下制备的薄膜样品的结晶质量最好,当温度达到650℃时,结晶质量明显变差。Ti02薄膜与A面蓝宝石的面内外延关系为TiO2 [010]‖α-Al2O3[0001]和TiO2[101]‖α-Al2O3[1100]。Φ扫描分析还表明所制备的Ti02薄膜存在(101)孪晶。薄膜在可见光范围的透过率大于73%。(2)在C面蓝宝石衬底上生长的Ti02薄膜结构差异较大。500℃和550℃得到的薄膜为锐钛矿和金红石两相混合的多晶结构。当衬度温度为600℃时制备薄膜的结晶质量最好,Ti02薄膜为沿[001]单一取向生长的锐钛矿结构,XRDΦ扫描结果分析表明薄膜含有三重畴结构,这是缘于C面蓝宝石衬底的三重对称性。650℃制备的薄膜中未能观察到Ti02的衍射峰,表明薄膜的结晶质量明显下降。制备薄膜在可见光范围的透过率大于76%。(3)M面蓝宝石衬底上制备出了金红石结构的Ti02薄膜。所制备的薄膜均是沿[001]单一取向生长,但温度升至650℃时,Ti02薄膜的结晶质量退化严重。其中550℃下得到的薄膜样品有最好的结晶质量。金红石结构Ti02薄膜与M面蓝宝石的面外外延关系为Ti02(001)‖α-Al203(1010),其面内外延关系为Ti02[100]‖α-Al2O3[1210]和Ti02[010]‖α—A12O3[0001].Ti02薄膜样品在可见光区的平均透过率超过71%,其中550℃薄膜的光学带隙约为3.64 eV。另外,用不同有机源摩尔流量(2.5×10-7～4.0×10-6 mol／min)制备Ti02薄膜,衬底温度设定为550℃,以研究生长速率对薄膜结构的影响。结果表明,制备薄膜的结晶质量在小流量(2.5×10-7 mol／min)即生长速率约为6.5 nm/h时最好,且随着生长速率的增大而下降；生长速率达到401.5 nm/h时,Ti02薄膜变为锐钛矿和金红石两相混合的多晶,且锐钛矿相为主。2.LSAT(001)衬底上制备锐钛矿结构的Ti02薄膜采用MOCVD方法,钙钛矿结构的LSAT(001)衬底上不同温度下制备了锐钛矿结构的Ti02薄膜。XRD分析可知所制备的薄膜均为垂直于[001]晶向的单一取向生长的锐钛矿结构Ti02,其中550℃样品具有最佳的结晶质量,XRDφ扫描结果分析表明该薄膜为无孪晶的完整单晶。550℃制备的锐钛矿结构Ti02薄膜的外延关系为TiO2(001)‖LSAT(001)和Ti02[100]‖LSAT[100],晶格失配约为2.2%。在可见光区薄膜的平均透过率超过84%,550℃制备薄膜的光学带隙约为3.27 eV。此外,衬底温度设定为550℃,改变有机源摩尔流量的大／J、(2.5×10-7 mol／min～ 4.O×10-6 mol／min),在LSAT(001)衬底上生长了Ti02薄膜,研究生长速率对薄膜结构的影响。只有摩尔流量为2.5×10-7 mol／min即生长速率约为5.9 nm/h时得到的样品为单一取向的锐钛矿Ti02薄膜,其他较大的生长速率下制备的薄膜均为多晶结构。