二氧化钒(V02)由于接近室温的金属绝缘转变温度,同时伴随着光学、电学以及磁学性质的巨大突变而吸引了人们极大的兴趣。这些典型的特点使得V02在节能材料、记忆存储,光电转换开关等领域有着非常广阔的应用前景。然而钒的氧化物有着多重价态(如V2+, V3+,V4+,V5+)以及由于点缺陷而存在Magneli相如VnO2n-1(3<n<9)。所以,在钒的氧化物制备中氧环境对V02相的形成非常重要。目前,基于V02材料的光电器件应用主要以薄膜状态为主。高质量VO2外延薄膜的制备对于提高以及优化器件应用具有重要意义,理解VO2生长特性能够更好的制备高质量外延薄膜。限制V02实际应用的一个重要瓶颈问题是相对较高的相变温度,因而探索有效的相变调控方法,实现连续调控V02相变温度必将大大推动V02相变材料在能源材料中的实际应用。基于以上,本论文主要研究内容以及取得的成果如下：(1)、系统研究了薄膜生长过程中氧分压对VO2薄膜相组分的影响。首次利用氧源射频分子束外延(MBE)技术制备出2英寸大小的V02外延单晶薄膜,系统研究了氧空位在VO2相变过程中所起的作用,提出了一种新的观点来解释氧空位降低相变温度的机制。(2)、利用φ-scan x射线衍射研究了VO2/Al203外延薄膜面内晶格匹配情况并提出了区域匹配的外延生长模型。首次利用高分辨同步辐射x射线衍射开展V02/Al2O3外延薄膜生长特性的研究,发现了φ-scan过程中的复杂精细衍射结构。根据界面多区域生长模型,我们很好的解释了这种复杂精细衍射结构的来源。同时掠入射φ-scan x射线衍射实验进一步证实了我们所提出的界面外延生长模型。这种晶体薄膜的外延生长模型对六重旋转对称性的其它衬底上生长V02薄膜具有普适性。(3)、开展VO2相变温度调控的研究：首先制备了不同厚度的V02/TiO2外延薄膜,发现相变温度与薄膜的厚度密切相关。相变温度随着薄膜变薄逐步降低。利用同步辐射倒易空间成像方法研究了不同厚度的V02薄膜中应力演变的动力学过程,基于VASP软件计算了不同应力下VO2费米面附近态密度分布情况。根据应力演变以及计算结果,我们指出界面应力改变了VO2薄膜中导带电子占据状态,继而影响了相变温度。另一项工作是通过电压来调控相变温度,首先我们在压电材料PMN-PT衬底上制备了V02薄膜,通过外加电压调控PMN-PT材料的应力,继而可以连续调控VO2相变温度。最后制备了VO2/GaN pn结结构,并且通过外加电压调控pn结电压,在某种程度上也可以调控V02相变温度。