近年来,碳基材料一直是国内乃至国际上的一个研究热点。其中非晶碳(a-C)薄膜的应用尤为广泛,人们对非晶碳薄膜的研究进行了很多年,但报道结果不尽相同,还需要进一步研究。在本工作中,我们采用两种不同的方式对非晶碳薄膜材料的微观结构和光学性能进行了研究。一个是对非晶碳薄膜进行氮掺杂,制备出的掺氮非晶碳(a-CN_x)薄膜相比于非晶碳薄膜结构发生变化并且透光性能更好;另外一个是利用退火处理在氢化非晶碳化硅(a-SiC_x:H)薄膜中嵌入碳纳米团簇,碳纳米团簇的结构对薄膜的光学性能有很大影响,本文对其进行了详细探讨。本论文利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了掺氮非晶碳薄膜和富碳氢化非晶碳化硅薄膜,并利用退火处理在a-SiC_x:H薄膜中生成碳纳米团簇。研究显示,薄膜的结构和光学性能可以通过改变制备薄膜的工艺参数来进行调控。利用多种材料分析测试技术,研究了氨气流量、退火温度对薄膜的微观结构和光学性能的影响。取得的主要研究成果如下:(1)对于掺氮非晶碳薄膜。傅立叶红外光谱(FTIR)证实了氮的掺入制备成了掺氮非晶碳薄膜,表征了薄膜所含有的化学键和官能团。X射线光子能谱(XPS)测试结果显示薄膜随着氨气流量的增加sp~2C=C先增加后减少;与N相关的sp~3C-N先增加后减少,而sp~2C=N键含量趋势正好相反,这些结果表明随着氨气流量的增加导致了薄膜内部化学键的转化。紫外可见吸收光谱(UV-Vis)作为掺氮非晶碳薄膜光学性能重要表征手段,表明了薄膜在掺入氮之后透光性能增强,光学带隙增加,为其在太阳能电池上的应用打下了基础。(2)对于富碳a-SiC_x:H薄膜。拉曼光谱表明,在退火温度(Ta)大于650℃退火处理过程中,碳纳米团簇的沉淀、生长和分解共存于a-SiC_x:H薄膜中。通过XPS测量可以发现,随着Ta的增加,形成的碳纳米团簇可以被氧化并从退火的a-SiC_x:H膜的近表面去除。a-SiC_x:H薄膜的光学带隙(E_g)降低可归因于薄膜中碳纳米团簇的形成和石墨化。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试结果表明,随着Ta从650升高到750℃,碳纳米团簇的尺寸逐渐减小,甚至可以发现一些小于10 nm的碳纳米团簇。此外,通过增加Ta也可以改善碳纳米团簇在a-SiC_x:H膜内的分散性。同时,碳纳米团簇的面密度似乎随着Ta的增加而增加。但是,与分散在化学溶剂中的碳纳米团簇相比,嵌入a-SiC_x:H膜中的碳纳米团簇的分散性仍然较差。根据Ta增大时光致发光(PL)信号的变化,可能不适合将PL发光归因于a-SiC_x:H薄膜中的碳纳米团簇,并且PL峰可能源自薄膜中的相关缺陷状态。