铁电材料由于具有铁电特性和压电特性而在信息储存、通信、导航、精密测量、机械等众多领域得到广泛的应用。但当前高性能的铁电材料主要是铅基材料，其在生产、使用和废弃处理过程中都给人类健康和生态环境造成严重的损害。近年来，随着人们环保意识的增强，新型环境友好的无铅铁电材料已经成为研究领域的一个热点。本文对环境友好型Ba-Ca-Zr-Ti-O基铁电薄膜材料的制备工艺、介电、漏电流特性以及相关机理进行了系统的研究。重点探讨了薄膜的晶粒取向和电性能的相互关系。主要的研究内容如下： (1) 利用溶胶-凝胶工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功合成了晶粒自由取向的Ba-Ca-Zr-Ti-O系薄膜。讨论了薄膜材料的制备工艺，分析了薄膜的铁电相变过程和漏电流特性。Ba-Ca-Zr-Ti-O系薄膜的居里温度比其陶瓷的居里温度下降了25-75 ºC，而且其陶瓷的Zr含量对铁电相变的调制规律不再适用于薄膜材料。这表明薄膜的铁电相变受到了晶粒尺寸(~20 nm)效应的影响。漏电流特性分析表明Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3薄膜的漏电流密度最小而且欧姆电导区间最宽，反映出薄膜的缺陷态主要位于浅能级而且其态密度最小。 (2)在(100)LaNiO3/Si衬底上制备了(100)取向和随机取向Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3薄膜。研究了不同晶粒取向薄膜的制备工艺、介电频谱和介电非线性。(100)取向薄膜比随机取向薄膜表现出更大的介电常数(在10 kHz分别为320和145)和介电调制率(在250 kV/cm电场下分别为27%和12%)。但是(100)取向薄膜的介电弛豫频率(400 kHz)远小于随机取向薄膜的介电弛豫频率(>2MHz)。我们进一步分析了晶粒取向与薄膜介电属性的关联性：晶粒的取向生长导致了偶极子的定向排布，这使得(100)取向薄膜具备了有序无序型铁电体的性质。 (3) 对不同温度(60-210 ºC)条件下的(100)取向Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3薄膜进行复阻抗分析。薄膜的晶界效应随着温度的升高表现得越来越明显。晶粒电阻和晶界电阻的对数随绝对温度的倒数均呈线性关系(其斜率对应的激活能分别为0.37 eV和0.27 eV)。晶粒和晶界的电导激活能与氧空位的一级电离能相一致表明这一现象的本质是氧空位的存在。薄膜的漏电流密度与电场的变化受到空间电荷限制电流机制的作用，表明薄膜的缺陷态位于浅能级。 (4) 在(100)LaNiO3/Si衬底上制备了Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xKNbO3薄膜。讨论了KNbO3掺杂对薄膜介电属性的影响。KNbO3掺杂使薄膜的介电弛豫频率从400 kHz减小到2 kHz以下，而且使其C-V曲线表现出明显的回线特征。薄膜中K+、Nb5+离子分别取代了Ba2+、Ca2+和Zr4+、Ti4+离子，导致了被占据晶格呈现出电荷性，这些电荷被外电场极化从而产生了空间电荷极化，使薄膜表现出赝铁电性。 关键词：薄膜；铁电相变；晶粒取向；氧空位；空间电荷极化