钛酸铜钙CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）是一种性能优异的介电材料,在具有可观的介电常数的同时,其在100K到400K的温度范围内能保持良好的性质稳定。显著的电流-电压（Ⅰ-Ⅴ）特性也预示着CCTO在电容和压敏电阻等应用领域具有广泛潜力。与此同时,与CCTO陶瓷相比,利用CCTO制备的薄膜材料,存在着非线性系数偏低的问题,且相关特性产生机理仍存在争议。因此对CCTO薄膜的研究不仅具有理论上的意义,更有实际的应用价值。本论文首先在经过改良的溶胶-凝胶法（sol-gel法）的制备工艺基础上,基于Pt/Ti/SiO₂/Si基底制备了CCTO薄膜并采用多种稀土元素（La、Pr、Sm）对CCTO进行掺杂改性。采用半导体参数分析仪,X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（SEM）等表征测试方法对制备的薄膜进行分析。在掺杂改性研究的方面,本论文针对于不同的稀土元素,均采用掺杂量阶梯型递增的方式,研究掺杂量的变化对CCTO薄膜特性的影响。测试结果表明,本研究制备出了物相表征良好、表面形貌清晰、晶粒饱满且致密的CCTO薄膜。CCTO薄膜具备明显的非线性Ⅰ-Ⅴ特性,适量的稀土元素掺杂可以改善CCTO薄膜的非线性特性。除此之外,CCTO的晶体结构和晶粒尺寸也随稀土元素的掺入量呈现出规律性的变化,而选取的三种的稀土元素也表现出不同的对CCTO薄膜性质的影响。在本文中,双肖特基势垒（DSB）模型被用来解释CCTO薄膜非线性特性产生的原因,该模型认为CCTO的非线性特性的起因是烧结过程中半导化的晶粒与低阻化的晶界所形成的肖特基势垒。根据这种模型,稀土元素的掺杂改性结果得到了解释。