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纳米硅基薄膜材料有许多不同于单晶硅的结构、光学以及光电性能,它在发光器件、光探测器件、光电集成器件以及传感器等领域有着广阔的应用前景。如果能够使硅基薄膜材料在可见光范围内具有良好的发光特性,那么这种重要的薄膜材料则有可能在飞速发展的光电子学中成为下一代电子学革命的基础材料。本论文研究的目标是用磁控溅射法制备硅基薄膜,研究其溅射的工艺参数以及退火温度对制备硅基薄膜厚度、微结构以及发光性能的影响,研究的结果不但有利于确定制备特定结构的硅基薄膜,而且亦有利于其发光机理的进一步探索。本文在综合评述硅基薄膜材料的研究进展基础上,采用磁控溅射技术在Si（111）基片上制备了不同工艺参数的Ge/Si多层薄膜、Si/SiO2超晶格、富Sn的SiO2复合薄膜材料,随后在氩气保护下对薄膜样品进行高温退火处理。采用Raman散射、x射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、光致发光谱（PL）等检测设备和技术研究了制备的工艺参数对Ge/Si多层薄膜、Si/SiO2超晶格、富Sn的SiO2复合薄膜成分、相结构、表面形貌以及发光性能等的影响。在常温下沉积的Ge/Si多层薄膜为非晶结构,然而在衬底温度为300℃下沉积的薄膜已经形成了晶体结构。Si层溅射功率为100 W的薄膜表面致密平整,颗粒尺寸大小约为25 nm。当Ge/Si多层薄膜在500℃退火后,由于Ge层与Si层相互扩散渗透,Ge/Si多层薄膜转化成GeSi合金。但退火温度升高到800℃时,薄膜各层晶体质量均已得到改善,Ge原子可能已经扩散移动到界面形成间隙原子,形成了Ge纳米晶和Si纳米晶,此时Ge/Si多层膜的结构完整性较好。原生沉积的Si/SiO2超晶格中Si子层为非晶结构,只有在退火温度高达1100℃时,硅晶化部分才急剧增加,由非晶态开始固相晶化并析出晶粒形成硅纳米晶体（nc-Si）/SiO2超晶格结构。随着退火温度的升高,超晶格结构中的颗粒平均直径增大,晶体的结晶质量也随之提高。低功率下沉积的Si/SiO2超晶格薄膜表面非常平整致密,晶粒尺寸分布比较均匀,大小约为20 nm。在室温下观察到了Si/SiO2超晶格可见光致发光现象,退火前后所有的样品都出现了779 nm的PL峰,并当Si子层厚度发生改变时其峰位没有移动,其发光机理归结为纳米晶体（nc-Si）/SiO2界面处Si=O局域态引起的缺陷辐射复合发光。而当超晶格样品在1100℃退火后,PL谱上才出现位于660 nm附近的发光峰,其峰位随Si子层厚度的减小而发生蓝移,符合用量子限制效应解释的发光模型。镶嵌在SiO2基质中的Sn纳米晶复合薄膜表面致密光滑,颗粒尺寸大小均匀,随着退火温度的升高,颗粒尺寸从30 nm（500℃）增大到50 nm（700℃）。在高温退火的最初阶段Sn原子析出到有限数量的成核点上,然后随着退火温度的进一步升高,Sn原子在体内扩散逐渐聚集形成大的纳米晶颗粒。薄膜在室温下能观测到位于336nm的发光峰,经600℃高温退火处理后能观测到400 nm附近的光发射。经分析表明,位于336 nm处的发光是由于缺陷、纳米晶颗粒与氧空位相关的缺陷层或来自SnO外壳包裹Sn纳米晶颗粒造成的Sn空隙缺陷等。而位于400 nm附近的发光峰峰位随退火温度升高而红移,起源于镶嵌在SiO2薄膜中的纳米β-Sn晶粒的量子限制效应。