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SiC作为第三代宽带隙半导体材料,具有许多优异特性,在半导体器件中有着广泛的应用。石墨烯作为一种新型的二维碳元素新材料,具有一系列优良的电学特性,例如反常的量子霍尔效应和高载流子迁移率等。这些优异性质使其成为当今研究的热点。本论文利用固源分子束外延（SSMBE）技术,在Si、Al2O3和SiC单晶衬底上外延生长SiC薄膜及其同质异构量子阱结构。利用MBE设备,采用高温热退火并辅助Si束流的方法,在SiC表面外延生长石墨烯。利用同步辐射以及一些常规的分析测试方法对外延生长的SiC薄膜和石墨烯进行研究。主要的研究工作及结果如下:1 Si衬底上3C-SiC薄膜的外延生长在Si衬底表面异质外延生长出高质量的3C-SiC薄膜,系统研究了碳化、衬底温度、Si/C束流比和预沉积Ge对Si衬底外延SiC薄膜的影响,并得到了相应的优化参数。1)衬底Si表面的碳化调节了薄膜和衬底之间的晶格失配,缓冲了应力,从而提高了薄膜的质量。在Si表面碳化研究中,探索到了最佳的碳化温度。2)薄膜的结晶质量在衬底温度为1000℃时最好。对于高温生长的样品,SiC薄膜和Si衬底间大的热膨胀系数失配造成界面更多的位错,导致结晶质量降低;对于低温生长的样品,衬底温度不高,原子的活性比较低,原子不能扩散到薄膜生长的能量最佳位置,因而导致低温生长的样品结晶质量下降。3)在优化Si/C（1.5:1）比条件下生长的薄膜的质量较好。在低Si/C（1.1:1）和高的Si/C比（2.3:1）条件生长的薄膜的质量较差。可以通过控制Si/C来抑制或减少孔洞的形成,改善生长的SiC薄膜的质量4)预沉积Ge可以提高薄膜的质量,且存在一个最佳的预沉积厚度（0.2nm）及预沉积温度。由于预沉积Ge与Si和C形成了Si1-x-yGexCy合金相,它能调节晶格失配,缓冲薄膜内的应力,从而提高薄膜的质量。2 Al2O3衬底上6H-SiC薄膜的外延生长1)利用SSMBE技术,在Al2O3（0001）衬底上外延生长出6H-SiC薄膜。X射线Φ扫描显示出薄膜的六次对称衍射峰,表明生长的SiC薄膜接近单晶水平。2)在优化的衬底温度下（1100℃）生长的薄膜质量较好,在较低温度（1000℃）和较高温度（1200℃）条件下生长的薄膜质量较差。3)同步辐射掠入射X射线衍射（GID）研究表明,SiC/Al2O3薄膜内受到压应变,它来源于界面处SiC薄膜和蓝宝石衬底热膨胀系数的失配。薄膜远离界面后,压应变减小,单晶质量变好。GID和XRD的研究表明,薄膜内存在倾斜（tilt）和扭转（twist）畸变,且扭转大于倾斜。3 6H-SiC表面的同质外延及量子阱结构的制备1)预沉积Si原子后,SiC（0001）表面结构随温度的改变而变化。随着温度的升高,SiC表面的Si原子反蒸发,表面的Si原子减少并先后出现3×3和31/2×31/2重构。2)利用不同重构表面的迁移系数的差异,调节Si束流,在衬底温度1080℃下,分别在6H-SiC（0001）的31/2×31/2和3×3重构面成功地上实现了3C-SiC和6H-SiC晶型薄膜的外延生长。3)固定衬底温度,调节束流实现了6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC多量子阱薄膜的外延生长,并发现该量子阱结构的宽发光带。经计算,宽发光带可能来源于不同宽度的量子阱的发光。4 6H-SiC表面石墨烯的外延生长1)利用超高真空MBE系统,通过高温退火并辅助Si束流的方法,在6H-SiC（0001）表面成功制备出多层石墨烯。2)研究了不同退火时间对6H-SiC（0001）晶体外延石墨烯的影响。随着退火时间的增加,石墨烯厚度增加,样品表面孔洞减少。薄膜内存在压应力,它来源于石墨烯和SiC衬底的热膨胀系数的差异。石墨烯层数越多,应力也越小。