金红石型TiO2是一种典型的二元氧化物结构电介质材料,温度降低至0K仍不发生铁电相变。锐钛矿型TiO2是一种晶格畸变较大的材料,且在较低温度下容易制得。通过掺杂构造多种晶型的TiO2的铁电性,通过改变其晶体结构,从而获得良好的电学性能。有研究表明通过应力、掺杂等方式能调控TiO2的微观组织结构进而调控其电性能。本文通过第一性原理计算施主-受主掺杂TiO2的结构与电性能,指导后期实验。通过探究薄膜制备工艺得到合适掺杂的薄膜基体,改变薄膜中掺杂元素的用量,从而调控薄膜的电性能。通过对金红石型TiO2进行第一性原理计算,研究了不同掺杂离子对TiO2结构与电性能的影响。结果表明,通过V5+-Al3+、Nb5+-Al3+和Ta5+-Al3+掺杂后,超晶胞中产生晶格畸变,V5+-Al3+离子掺杂时,引入的电偶极矩最大,为1.4386×10-15D。通过Ta5+-Al3+、Ta5+-Ga3+和Ta5+-In3+掺杂后,Ta5+-Al3+共掺杂时,超晶胞能量最低,Ta5+-In3+掺杂时,掺杂引入的电偶极矩最大,为1.3511×10-15D。在掺杂离子半径相似时,掺杂引入的电偶极矩最大,此时掺杂离子与Ti4+的半径相差最大。通过对锐钛矿型TiO2进行第一性原理计算,为保证晶体的稳定性,在超晶胞中掺杂Ta5+-Al3+离子。当掺杂离子掺入晶体后,超晶胞能量升高;当掺杂离子相距最远时,掺杂得到的TiO2超晶胞的能量最低,由于掺杂引入的电偶极矩为3.6582×10-18D。通过提拉法制备TiO2薄膜,在胶体浓度为0.1mol/L、退火温度为700℃时,制备的薄膜在胶体浓度较小时结晶度仍然较强。制备的薄膜随着退火温度的增加,结晶度逐渐增强,在退火温度为700℃时,结晶度最高。采用旋涂法制备不同层数的TiO2薄膜,在退火温度为700℃时,旋涂层数为5层时,结晶度最高。经掺杂后的(Ta0.5Al0.5)xTi1-xO2薄膜,形成了锐钛矿型TiO2结晶相,没有产生第二相。在掺杂含量x=0.005时,薄膜具有微弱的铁电性。随着掺杂含量的增加,薄膜的耐压性明显提高,当掺杂含量x=0.02时,薄膜可承受的电压达到450kV/cm,此时薄膜的最大极化强度为2.47 μC/cm2。