为了研究不同沉积条件下四面体非晶碳(ta-C)薄膜的最佳沉积工艺,利用过滤阴极真空电弧系统制备在P(100)单晶硅衬底上以不同衬底负偏压制备了一组ta-C膜,并对ta-C薄膜的密度进行了测试研究,分析了密度与沉积能量之间的变化规律,进而确定薄膜杂化结构与沉积工艺之间的量化关系,并有效地指导工艺.另外,为了再现薄膜的沉积过程,研究ta-C膜的形成机制,还采用分子动力学的方法对不同入射能量下的薄膜结构和生长过程进行计算模拟.首先采用掠入射X射线反射法确定不同沉积能量条件下ta-C膜的密度.X射线在固体中折射率的大小取决于所有电子、化合价以及原子核的密度,这就使得通过临界角判定非晶碳膜的质量密度成为可能;另外,通过分析反射曲线干涉峰的相干形态,还可以对ta-C膜的分层状态进行研究.因此,该文采用X射线反射技术研究四面体非晶碳薄膜的密度和结构,在国内尚未见报道.该文还采用了经典Tersoff势函数对ta-C膜的生长过程进行分子动力学模拟,并对不同入射能量下沉积薄膜的表面形态进行分析,发现在中等入射能量下薄膜的表面更趋光滑,入射离子注入的深度大约为两到三个原子层;通过计算不同入射能量下沉积薄膜的径向分布函数(RDF),并将相近离子能量下的计算结果进行比较,发现ta-C膜的次近邻配位数与最近邻配位数的比值随着入射离子能量的增加有着先增大然后逐渐减小的变化规律.从而定性的反映了为获得富sp<3>杂化的ta-C膜,沉积能量(即衬底偏压)存在一个最佳值,这恰与实验得到的结论相一致.最后该文还根据实验测得的密度变化规律和模拟得到的结果,按照类金刚石的浅注入理论的基本思想,分析了ta-C薄膜的形成机制,并提出相应的沉积模型.