作为特殊形态材料的薄膜，具有特殊的光、机、电、磁等性能，已经成为微电子学、光电子学、磁电子学、刀具超硬化、传感器和太阳能利用等新型应用领域的材料基础。TiO₂作为一种极具前景的介质材料被应用到薄膜技术中来，引起了国内外研究者的极大兴趣。作为光学膜，TiO₂薄膜在可见光区透射率高，折射率大，化学稳定性高、强度大、硬度高，是非常重要的光学膜，已被广泛地应用于抗反射涂层、干涉滤波片、电致变色窗和薄膜光波导。作为电学膜，TiO₂薄膜的绝缘性能好，可作为大规模集成电路的保护层。TiO₂的介电常数很高，可用于半导体器件MEMS、MOS等的栅介质。作为气敏膜，用它制备的传感器可用于汽车尾气及大气中氧含量的检测，氢气的泄露检测等，而且使用寿命长，不易中毒。作为光催化膜，可以被广泛的应用到光催化洁净和水、气的处理，杀菌和抗癌方面。 随着薄膜科学与技术的发展，各种薄膜制备方法得到了迅速发展，传统的所谓镀膜，已从单一的真空蒸发发展到包括蒸镀、离子镀、溅射镀膜、化学气相沉积（CVD）、PECVD、MOCVD、分子束外延（MBE）、液相生长、微波法及微波电子共旋（MWECR）等在内的成膜技术。其中电子束蒸发技术是一种常用的薄膜制备技术，它具有成膜质量高，速率可控性好，通用性强等优点。本文采用SEM、TEM、XPS、XRD、椭圆偏振仪（SE）、UV-VIS分光光度计等分析手段系统地研究了电子束反应蒸发方法在K9玻璃上制备TiO₂薄膜的成分、结构和光学性能以及TiO₂薄膜在光学多层膜中应用，并开发了膜系设计软件。文中还从动力学和热力学角度分析了TiO₂超薄膜的形核生长过程，得出了TiO₂薄膜的组织结构模型。 文中首先以TiO₂薄膜的折射率和消光系数为研究对象，采用L9正交试验法研究了在K9玻璃上制备高光学质量TiO₂薄膜的最佳工艺条件。椭圆偏振仪的测试结果表明，制备TiO₂薄膜的最佳工艺条件为：基片温度300℃，工作真空2×10^-2Pa，沉积速率0.2nm·s^-1，其中基片温度对薄膜光学常数的影响最大，该结果具有较好的可重现性。 TiO₂薄膜的化学计量和晶体结构直接影响薄膜的性能，本文采用XPS、XRD、SEM和UV-VIS分光光度计研究了热处理前后不同的基片温度条件（120℃、200℃和300℃）对薄膜成分、结构和光学性能影响的规律及其机制。研究结果表明，（a）热处理前，随着基片温度的增加，薄膜中的低价氧化钛含量逐渐减少，化学计量比趋于O／Ti=2；薄膜具有非晶态不致密的柱状纤维结构，柱状纤维的尺寸随基片温度的升高而增加;薄膜在可见光范围内透明，在波长为35Onzn时严重吸收，利用干涉级次法分析了薄膜的光学常数，结果表明，薄膜的折射率随基片温度的升高而增加，根据计算结果得到了TIOZ薄膜在不同基片温度下的折射率色散曲线。（b）经过400℃，1小时的热处理后，薄膜中的低价氧化钦消失，薄膜具有很好的化学计量比O/Ti=2;薄膜发生了由非晶态向晶态的转变，转变为具有A（004）晶面择优取向的锐铁矿结构，锐钦矿的晶粒尺寸在3.6一snrn之间，但转变是不完全的;薄膜的致密度比热处理前的也得到提高;薄膜在可见光区域同样具有很好的光透过性，但是紫外截止波长发生了红移，薄膜的折射率比热处理前的得到提高，同样也获得了热处理后薄膜的折射率色散曲线。 薄膜的形核与生长过程直接影响薄膜的结构，文中采用HRTEM研究了透明无机物基底上TIO:薄膜成核生长过程，从热力学和动力学的角度分析了这一过程。研究结果表明，在该无机物薄膜衬底上制备的Ti02薄膜厚度在SOnln时己经形成了连续薄膜，但仍然可以看到岛状薄膜的雏形，岛与岛之间存在一定尺寸的空隙，并且随着厚度的增加，薄膜中岛的尺寸增加。在该无机物晶体解理面上制备的Tiq薄膜其生长方式为层状生长，每层的厚度大约在巧nIn左右。薄膜是由尺寸很小的TIOZ纳米颗粒构成，选区电子衍射的结果表明薄膜为非晶态。根据研究的结果，提出了一个与蒸发制备金属膜组织结构稍有不同的TIO:薄膜组织结构模型，该模型直观地表述了基片温度与薄膜结构之间的关系。 采用Visual Basic为软件平台，开发出了膜系设计软件，建立了常用薄膜材料数据库。该软件具有单层弱吸收膜的光谱性能计算、多层无吸收膜的光谱性能计算，薄膜光学常数的计算、多层膜膜系优化设计等功能。该软件具有操作简单、界面友好、功能完备等功能。采用该软件己经设计了可见光宽带增透膜系、反射红膜膜系、反射率膜膜系、截止滤光膜、分光膜、高反膜等膜系，得到了较好的优化结果。