多元有机分子薄膜在光电技术以及其他电子器件中有着越来越广泛的应用。这些应用主要取决于异质界面纳米尺度形貌结构和电子结构。完整的认识和控制有机分子在衬底表面的自组装过程，有助于制备纳米结构功能材料和优化其性能。本论文采用C₆₀/AnCA和C₆₀/SrTiO₃作为分子模型体系，通过扫描隧道显微镜详细研究了这些重要的影响因素，如不同衬底模板对表面形貌的影响和分子薄膜异质结处的结构控制等。首先，我们用扫描隧道显微镜对AnCA分子在Ag （111）面上的自组装过程进行了研究。按照分子密度的不同，得到了四种自发形成的有序AnCA相和一种退火后形成的AnCA相，分别命名为相Ⅰ^Ⅴ。其中相Ⅰ是平行的带状结构，相Ⅱ是Z字型双带结构，相Ⅲ和相Ⅳ是两种相对简单的二聚物相，相Ⅴ是Kagome网状结构。产生这种结构多样性的原因，是由于分子间相互作用、分子与衬底之间相互作用、不同分子密度下分子稳定排列的要求，以及这些作用彼此竞争所造成的。此外，我还进一步选择了AnCA分子在Ag （111）面上的两种自组装结构（相Ⅲ和相Ⅳ）作为模板，研究了不同衬底对C₆₀分子沉积及自组装过程的影响。我们发现最初选择的AnCA模板结构对C₆₀分子的自组装过程有很强的调制作用。选择AnCA相Ⅲ模板时，在较低的C₆₀分子覆盖度下，C₆₀分子可以结合成一维链状结构和三角形岛状结构；在分子覆盖度较高时，可以获得的C₆₀分子区域跨度为十几个纳米左右，并且与AnCA区域分开，形成相分离的结构。在AnCA相Ⅳ模板上，实现了C₆₀二聚物结构吸附层在AnCA分子表面的外延生长，从而在C₆₀和AnCA两种分子之间形成了良好的界面结构。我们进一步发现C₆₀分子不同的生长模式与所选择AnCA模板的结构稳定性密切相关。我们还研究了不同的衬底对分子自组装过程的影响。通过Ar+溅射和退火等手段对掺Nb的SrTiO₃（001）面进行处理，获得了一系列纳米重构表面，并用扫描隧道显微镜对这些重构结构进行了研究和标定。然后用这些重构结构作为模板，沉积C₆₀分子。C₆₀分子在这些模板上显示出了不同的生长模式，包括在c（4×2）重构表面上形成的C₆₀小岛，在（6×2）重构表面上形成的一维C₆₀单链，在（8×2）重构表面上形成的C₆₀双链，在（11×2）重构表面上形成的外延C₆₀分子密排吸附层以及在（7×6）重构表面形成的二维有序的C₆₀二聚物。实验证实了作为模板的纳米结构氧化物表面可以有效控制其上分子装配过程。通过选择C₆₀/AnCA和C₆₀/SrTiO₃作为研究模型，我对控制异质结形成进行了研究，测量了施主—受主区域的取向和尺寸。这些系统的工作为优化分子电子器件提供了微观尺度上的理解及相应的控制手段。