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TiO2是一种间接带隙的宽禁带半导体材料。其在自然界有三种晶型，分别是锐钛矿，金红石，板钛矿。其中锐钛矿相的TiO2材料受到了人们的广泛关注。2005年，一杉太郎等人利用脉冲激光沉积（PLD）法研制了Nb5+掺杂TiO2薄膜材料，发现其具有非常优越的光电性能，是新型透明导体氧化物的有力候选者。此后，关于此功能薄膜材料的研究被广泛地开展。然而，这些研究均忽略了一个重要的问题--薄膜材料的厚度及其颗粒尺寸对于薄膜光电特性的影响。而关于此问题的研究，有助于了解此种薄膜材料的发光导电机理，进而为此功能薄膜材料的大规模量化生产提供必要的依据。
本文采用PLD法在LaAlO3（100）和Al2O3（0001）基板上研制了不同厚度的锐钛矿和金红石相的TiO2及Nb：TiO2薄膜。采用X射线衍射（XRD）方法分析了薄膜材料的晶体结构及其颗粒尺寸；用分光光度计测量了薄膜材料的透射谱和反射谱。并利用Tauc，Fresnel公式处理数据。获得了如下创新性成果：
（1） Anatase（Rutile）相的TiO2及Nb：TiO2薄膜具有良好的c轴（a轴）取向，其面外颗粒尺寸随着脉冲数的增加而增加，此为人工调节薄膜的颗粒尺寸提供了可靠的途径。
（2）对于厚度很小的Anatase相的TiO2和Nb：TiO2薄膜，其光学带隙的变化与颗粒尺寸的平方倒数成正比。这表明，在薄膜材料厚度及颗粒尺寸很小的时候，量子受限效应是影响此种薄膜光学带隙的主要机制。而在n型半导体薄膜材料中广泛存在的Burstein-Moss（B-M）效应却并没有被发现。我们认为，对于颗粒尺寸极小的TiO2及Nb：TiO2薄膜，由于其电导率及载流子浓度很低，B-M效应是十分微弱的。
（3）而对于颗粒尺寸超过20nm的TiO2及Nb：TiO2薄膜，其光学带隙的变化规律已偏离量子受限效应；我们认为，这是由于随着薄膜厚度及颗粒尺寸的增加，其电导率及载流子浓度增高，这时B-M效应将导致薄膜光学带隙的变宽；对于颗粒超过尺寸20nm的Nb：TiO2薄膜，由于其载流子浓度较纯TiO2薄膜为高，其光学带隙将进一步增高。
（4）对于厚度较薄的Rutile相的TiO2及Nb：TiO2薄膜，其光学带隙变化规律符合量子受限效应曲线。而对于较厚的薄膜，由于其具有较低的载流子浓度和较大的有效质量，微弱的B-M效应只会导致其光学带隙与量子受限效应有微小的偏离。