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硅碳氮(SiCN)集成了碳化硅(SiC)和四氮化三硅(Si3N4)的优良特性,具有高硬度、高抗氧化能力、化学惰性和宽带隙等优良的光、电和力学性能,在超硬涂层、光电子、铜互连的介质阻挡层以及微机电系统方面具有广泛的应用前景。其能发射蓝光或蓝紫外光的特点使其成为解决国际上“蓝光问题”的重点研究材料之一同时与硅集成电路工艺兼容特点使其成为光电集成电路的优选材料。但SiCN薄膜的成分、结构与特性非常复杂。本文作者使用两种工艺(Ar/C2H2/N2+多晶Si靶,Ar/N2+烧结SiC靶)制备SiCN薄膜样品,优化了制备工艺；使用光电子谱仪、红外傅立叶光谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪等对薄膜样品的成分、化学键、晶体结构、光致发光等特性进行了表征；分析了薄膜的制备工艺、成分、微结构及光学特性之间的相互作用规律；探讨了SiCN薄膜的370nm、400nm和440nm发光机理。利用第一性原理的密度泛函理论和材料计算软件Material Studio5中CASTEP模块,基于β-Si6N8晶体模型构建β-Si12-nCnN16(n=0,4,6,8,12)超晶胞,并计算它们的结构和光学特性。结果发现随着碳(C)原子不断地替代Si原子,它们的晶格常数a、c及晶胞体积不断减少,但它们的a/c比值基本保持不变,表明SiCN在a和c方向保持各向同性收缩,β-Si12-nCnN16(n=4,6,8)超晶胞的能带结构特性更接近β-Si12N16,而不是接近β-C12N16；β-Si12-nCnN16(n=0,4,6,8,12)结构的光透性随n增大有变差的趋势,其吸收峰位置向短波长方向移动。研究了溅射功率对薄膜沉积速率、成分、微结构及光学带隙的影响及其影响机理。溅射功率增大,沉积速率先增大后减少,光学带隙单调减少,薄膜中C的含量单调减少,而Si的含量单调增大,N含量基本保持不变。发现SiCN网络结构中Si和C原子占据相似的位置。研究发现沉积态SiCN薄膜中主要形成了C-N、N-Hn、C-Hn、C-C、C≡N、Si-H和Si-C键,高溅射功率有利于C≡N、Si-H和C-Hn键的形成。研究了C2H2流速对薄膜沉积速率、成分、微结构及光学带隙的影响及其影响机理。C2H2流速增大,沉积速率急剧增大,薄膜中C的含量增大而Si和N含量减少,Si-C和C-N键单调增大,而Si-H键明显减少,以及薄膜光学带隙单调减少。发现薄膜中C含量的增加有利于Si-C和C-N键的形成,SiCN薄膜表面与薄膜内部的成键状态不一致,在薄膜表面形成了Si-O、C-C、C-O、C-N、N-Si和C=N键的网络结构。研究了N2/Ar流速比对薄膜沉积速率、成分、微结构及光学带隙的影响及其影响机理。N2/Ar流速比增大,薄膜的沉积速率增大,薄膜中N元素含量增加,而C和Si含量的减少,薄膜表面粗糙度增大。发现薄膜中N含量的增加促进了Si-N键的形成,而抑制了C-C、C-Si和N-C等键的形成；同时发现具有较高光学带隙的Si-N键增加,而较低光学带隙的Si-C、C-C和C-N键减少,从而引起薄膜光学带隙增大。研究了薄膜成分、微结构与薄膜发光特性的关系。在沉积态中观察到了400nm发光,在退火的SiCN薄膜中观察到了强烈的370nm和440nm发光。370nm、400nm和440nm的发光分别起源于SiCN薄膜中SiOx的发光中心、C团簇和SiC晶粒。发现600℃退火有利于SiCN薄膜中的SiC晶粒的形成,可以通过提高Si-C键的含量提高SiCN薄膜的440nm的发光强度。