ABO₃型铁电薄膜在集成铁电器件等方面具有重要的应用前景。研究者通常采用先沉积非晶薄膜再通过后续晶化处理制备晶态铁电薄膜。在这条路线中,晶化处理工艺是控制薄膜微观结构、层间界面,进而控制薄膜性能最重要的手段。作为一种新的晶化技术,快速热处理（RTA）方法在铁电薄膜晶化中的应用日趋广泛。然而,有研究表明,采用RTA技术处理的铁电薄膜存在一些新的晶化行为和特点,而传统晶化理论不能正确解释这些新的晶化行为和特点。为此,本论文针对ABO₃型铁电薄膜的晶化行为与晶化动力学进行研究,力图建立铁电薄膜的晶化动力学模型,揭示铁电薄膜晶化行为机理。理论上,采用第一原理分别模拟晶态和非晶态纳米铁电薄膜的电子结构,建立该类材料的相互作用势函数;在此基础上通过对铁电薄膜熔化、淬火和晶化过程的分子动力学模拟,得到其非晶态—晶态转变机制和规律;然后应用反应速度理论,建立ABO₃型铁电薄膜的晶化动力学模型。实验上,采用RTA方法系统研究晶化时间、晶化温度及升温速率对STO、BST等典型ABO₃型铁电薄膜微结构、晶粒分布及表面形貌的影响规律,验证ABO₃型铁电薄膜的晶化动力学模型。（1） ABO₃型铁电薄膜的相互作用势函数的建立应用DFT理论和平面波展开方法,采用CASTEP软件包,对晶态与非晶态STO、BTO等体系电子结构进行了第一原理模拟,模拟结果表明,该类材料中Ti-O键存在明显的“杂化”作用,即离子型与共价型相互作用并存,非晶态体系中的“杂化”程度略弱于晶态体系,体系中各原子明显偏离正常价态。基于此,本文建立了能同时反映离子型与共价型相互作用的势函数,并通过体系总能量模拟建立的势能曲面拟合了其他参数。（2）势函数验证及非晶态构型的获得根据第一原理模拟得到的势函数和参数,应用分子动力学方法,对STO的熔化、淬火过程进行了模拟,结果表明,STO晶体点阵常数、熔点等特征数据的模拟值与实验值是一致的;通过将液态STO淬火的方法,得到了STO非晶态的配位数、径向分布函数、键角分布等结构特征和扩散系数等动力学特征参数,成功复现了STO非晶态结构,验证了势函数及其参数的正确性。（3）非晶态ABO₃型铁电薄膜晶化过程模拟应用分子动力学方法,建立了以同质单晶为基片的ABO₃型铁电薄膜构型,系统研究了不同温度和升温速率下ABO₃型铁电薄膜的晶化行为。结果表明,升温速率显著影响薄膜内的温度分布,升温速率越大,薄膜表面与膜基界面之间的温度差越大;薄膜的晶化形核以非均质形核为主;膜基界面附近的非均质形核可以在较低温度下进行,临界形核尺寸为3个元胞,而薄膜表面的非均质形核发生在较高温度,临界形核尺寸为5个元胞。（4） ABO₃型铁电薄膜晶化动力学模型的建立在上述模拟结果基础上,应用反应速度理论,分别建立了膜基界面和薄膜表面晶化形核模型,得到了薄膜的晶化形核模型,模型中包括了升温速率的影响。结果表明,铁电薄膜形核所需的成核功远高于晶粒生长所需的活化能,薄膜的晶化是由形核控制的动力学过程;薄膜形核率随升温速率的增加而增加;当升温速率较大时,薄膜表面的非均质形核可因表面温度快速升高而被激发,膜基界面和薄膜表面的非均质形核可同时存在;而当升温速率较小时,薄膜表面温度较低,不足以激发薄膜表面形核,只有膜基界面形核,形核率较低,导致晶粒尺寸较大。（5）采用快速退火工艺对STO、BST等典型铁电薄膜的晶化行为进行了研究,结果表明,薄膜的晶粒尺寸决定于初期晶化温度,而初期晶化温度受升温速率影响,升温速率越慢,初期晶化温度越低,晶粒越大;升温速率越快,初期晶化温度越高,晶粒越小。实验研究结果与理论模型一致,验证了建立的晶化动力学模型。