传统的体硅芯片的特征尺寸缩小到了几十个纳米级，已受到传统体硅工艺制程以及硅材料本身电学性质的限制，以体硅为基础的半导体技术的发展将面临严峻的挑战。而新的硅基半导体薄膜技术，包括绝缘层上的硅、绝缘层上的锗、锗硅、应变硅等，有独特的优势，能突破体硅材料与硅集成电路限制。本论文正是基于上述背景，在973计划、国家自然科学基金的支持下，主要研究了硅基新薄膜材料技术，包括以下几个方面内容：（1）结合等离子表面活化技术与Smart-cut技术完成了SOI的低温制备以及表征；（2）对高速半导体材料GOI（绝缘层上锗）进行了制备及表征；（3）利用键合和薄膜转移技术以及共晶键合技术制备出了硅衬底上的单晶LiTaO₃。论文获得的主要结果如下：（1）通过N⁺等离子体对Si片以及SiO₂片表面活化，进行直接键合，研究了键合强度与退火温度的关系，结果表明退火温度在100℃升到300℃的过程中，键合强度得到明显加强，而退火温度在300℃升到600℃的过程中，键合强度随退火温度略有增加，但不明显。键合强度在300℃退火1小时后就能达到甚至超过常规Si／SiO₂键合工艺在1100℃的键合强度。得到的顶层Si／埋氧层／衬底Si结构明显，经过500℃退火1小时后，顶层硅缺陷密度降低到2×10⁴／cm²。（2）采用Smart-cut技术成功制备出了GOI结构。研究了氢离子注入后锗表面的剥离情况，发现与Si相比有明显不同，H⁺注入后形成的微气泡层并没有导致Ge表面形成类似砂眼的凹坑，而是整个表层薄膜受H⁺聚集膨胀压力导致全部脱落。利用特殊的Ge的清洗工艺，完成了注H⁺的Ge片与热生长SiO₂片的键合，并通过热处理完成SiO₂上的Ge薄膜转移，成功制备锗和二氧化硅埋层界面陡直的GOI结构。经过高纯N₂气氛下400℃长时间退火后，可以使GOI中顶层Ge的晶体质量得到明显提高，缺陷密度降低。（3）首次报道了采用键合技术和Smart-cut技术制备出硅衬底上的高质量单晶LiTaO₃薄膜，这对于硅基光电集成有重要的意义。研究了氢注入条件对LiTaO₃剥离的影响，研究结果表明当氢离子能量较低时可以实现LiTaO₃的剥离。在此基础上，成功地采用Smart-cut方法实现了LiTaO₃薄膜／Si衬底的结构，通过XTEM和XRD对其进行表征，结果表明该方法得到的硅基LiTaO₃薄膜的单晶质量好，LiTaO₃与Si的界面非常陡直。另外，还用共晶键合法制备出了LiTaO₃／Metal／Si结构，该结构键合界面介质致密。