本文首次应用射频磁控溅射系统制备了环境半导体Ca₂Si薄膜，并用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、椭圆偏振光谱仪和四探针仪研究了不同退火条件下薄膜的结构和特性。应用第一性原理对Ca₂Si的能带结构及其光学性质进行了理论计算，并与实验结果进行了对比。首先简单介绍了环境半导体材料Ca₂Si的研究现状，并详细地介绍了Ca₂Si的磁控溅射制备技术，并对X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜、椭偏仪和四探针仪的工作原理及其特点作了简单介绍。研究了退火温度对Ca₂Si薄膜生长的影响。对p型Si（100）衬底上Ca膜在不同温度（750℃，782℃，795℃，800℃，850℃）下退火60min，结果表明：800℃是生长Ca₂Si薄膜的最佳热处理温度，并且生长了较大的晶粒。运用椭圆偏振光谱仪对Ca₂Si的光学性质进行了测试，结果表明，在1.5eV—4.5eV光子能量范围内，随着光子能量的增大，Ca₂Si薄膜的折射率n先减小后增大，在4.3eV附近取得最小值；其消光系数k呈相反变化趋势，在3.3eV附近取得极大值。应用四探针仪对p型Si（100）衬底上生长的Ca₂Si薄膜进行了测试，结果表明，增加退火温度，电阻率增大。研究了退火时间对Ca₂Si薄膜生长的影响。800℃温度下对不同衬底上Ca膜进行不同时问（30min，45min，60min，90min）的退火，XRD结果显示：在n型Si（111）衬底上生长了比较单一的Ca₂si₃薄膜，在p型Si（100）衬底上生长了比较单一的Ca₂Si薄膜。椭圆偏振光谱仪测试结果表明：随着光子能量的增大，Ca₂Si薄膜的折射率n先减小后增大，在4.3eV附近取得极小值；其消光系数k先增大后减小，在3.3eV附近取得极大值。四探针测试结果显示增加退火时间，Ca₂Si薄膜电阻率增大。最后采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Ca₂Si的能带结构以及光学性质进行了理论计算。计算结果表明：立方相和正交相的Ca₂Si都是直接带隙半导体；立方相Ca₂Si在GGA和LDA近似下的带隙值分别为0.5663eV和0.4117eV；正交相Ca₂Si在GGA和LDA下的带隙值分别为0.3193eV和0.1365eV。态密度分析表明Ca₂Si的价带由Ca的4s，4p、3d态和Si的3p态构成；Ca₂Si的导带主要是由钙的3d，4s，4p态构成，硅的3s，3p对导带的贡献相对要小得多。对Ca₂Si的光学性质的理论计算表明，在1.5eV-4.5eV能量范围，计算结果与椭偏仪对样品的测试结果基本吻合。