本论文基于氧化钒薄膜的光学和电学特性从实验和理论两个方面展开了相关研究。在试验上，论文主要围绕氧化钒薄膜的制备、氧化钒薄膜在红外探测器热敏层的制备，以及在光开关和节能玻璃上的应用展开的；同时围绕氧化钒探测器的微桥热绝缘结构，采用多孔硅牺牲层来制作微桥结构的红外探测器；在理论上，主要是围绕VO₂薄膜相变机理探讨和VO₂薄膜热滞回线运行规律分析展开的。本论文的研究内容具体包括以下几个方面：（1）针对氧化钒薄膜在非致冷红外焦平面的应用，开展了氧化钒热敏薄膜的制备研究。通过优化薄膜淀积工艺，用反应离子束溅射和直流磁控溅射法制备了能满足非致冷型红外探测器热敏层要求的薄膜。运用场发射扫描电镜（F-SEM）、X射线衍射（XRD）以及傅立叶分光光度计分析了薄膜的表面特征、晶体相成分和热敏薄膜的红外特性。采用反应离子束溅射法和后退火工艺制备的热敏氧化钒薄膜，在退火温度为450℃，退火时间为60min时得到了TCR为-2．26％／℃和方块电阻为31kΩ/□的薄膜。采用直流反应磁控溅射法在210℃下可以一次性制备出热敏性能满足非致冷红外焦平面所需的VO_x薄膜。经测试，该薄膜为VO₂、V₃O₅和V₂O₃组成的混合相VO_x薄膜。用磁控溅射法制备氧化钒薄膜方块电阻为18．4kΩ／□、TCR值为-2．05％／℃、厚度约65nm。这与Honeywell研究中心报道的结论相接近。（2）为了深入了解氧化钒相变的起因，采用随机阻抗网络模型研究氧化钒薄膜电阻温度特性。在模拟过程中，该薄膜被等效为一个由半导体相和金属相微粒随机分布组成的复合系统。通过对参数赋值，计算结果与实际测量的电阻-温度曲线在整个温度变化范围内较为吻合。这一结果表明，氧化钒薄膜在温度变化过程中发生金属相微粒和半导体相微粒发生相分离，且半导体相微粒和金属相微粒之间随着温度变化过程中的相互竞争的结果导致了氧化钒薄膜电阻在临界温度下的突变。因此，该模型进一步说明了氧化钒多晶薄膜可以看成是由半导体相微粒和金属相微粒混合相组成的，氧化钒薄膜的相变特性在一定程度上也可以通过该模型得到合理的解释。（3）为了理解氧化钒薄膜的热滞回线运行规律，采用Preisach模型研究了氧化钒薄膜的热滞回线特性。由于经典Preisach模型为分布于四个象限，且对称的结构。而VO₂薄膜的热滞回线仅仅分布在电阻-温度特性的第一象限，为非对称结构。因此本论文采用针对低相变点纳米VO₂薄膜的电阻-温度热滞回线的特点，用Preisach对VO₂薄膜的热滞回线进行建模。计算结果表明，本模型可以较好的模拟经过一定温度循环后的氧化钒薄膜电阻输出值，且能真实反应氧化钒热滞回线运行轨迹的。（4）主要针对氧化钒薄膜电阻温度特性的金属-半导体相变特征，着重研究了氧化钒薄膜在节能玻璃和光开关这两个方向应用。在节能玻璃应用上，在普通玻璃衬底上制备了低相变点氧化钒薄膜，并测量了该薄膜在红外和可见光的透过特性。为了提高这两种节能玻璃的可见光透过特性，采用TFcale软件模拟了减反射膜的厚度，并通过试验验证了二氧化硅薄膜具有增透的效果。在光开关应用上，用纳米氧化钒薄膜作为光开关涂层，并测量了光开关的特性。经测试，光开关的插入损耗约为-16dB。为了测量相变薄膜的响应时间，采用ANSYS软件模拟了激光加热薄膜的热效应，并根据该模拟结果选择合适的激光加热功率。经测试，该薄膜的响应时间约为50．4ms。（5）氧化钒非致冷红外探测器中的热绝缘结构对于提高红外探测器的性能具有非常重要的意义。因此本论文采用多孔硅作为牺牲层，制作了128元氧化钒红外探测器的微桥结构，同时对多孔硅的生长规律和特性做了较为深入的研究。为了将多孔硅牺牲层应用到氧化钒非致冷探测器微桥中，采用双池法制备了多孔硅层。采用不同制备工艺，研究了多孔硅的表面形貌特征，并通过改变腐蚀时间和电流密度，研究了多孔硅牺牲层的厚度。由于多孔硅层中残余应力的存在会导致其表面开裂现象，因此采用拉曼光谱，分析了多孔硅层的应力为负应力。该测量方法为改善多孔硅的质量提供了一种分析手段。最后，通过标准探测器制备工艺，将多孔硅结构成功地应用在氧化钒探测器的热绝缘结构中，为氧化钒探测器提供了一种热绝缘方法。