深入认识纳米尺度下半导体表面外延金属薄膜材料的性质对微电子器件的实际应用和发展具有重要意义，也是当前表面科学研究领域中的一个热点课题。本文利用扫描隧道显微镜(STM)和隧道谱技术(STS)研究了Si(111)表面上Pb和Sn的低温沉积和变温退火过程中的形貌演变及量子效应，以及Ag在高定向热解石墨(HOPG)表面的生长行为。主要内容分四部分：　　 (1)研究了Si(111)表面Pb的变温沉积和退火实验中的形貌演变。除了量子效应导致的Pb岛高度的选择性，在不同的衬底温度、覆盖度和退火条件下，观测到平整的薄膜、相互连接的岛和分离的岛三种形貌。定义了160 K下的临界成膜厚度是8 ML。讨论了与温度相关的动力学扩散对变温沉积样品形貌的影响，以及两种与温度相关的竞争机制对退火过程中形貌演变的影响。一是量子效应诱导的长程力同应力诱导的弹性作用之间的竞争，这种竞争决定了铅膜的临界成膜厚度，并且这个临界厚度随着温度的升高而增加。二是边界能同边界间长程排斥作用之间的竞争，这种竞争决定了退火过程中随着面积覆盖度的增加由分离铅岛到连接铅岛的形貌转化。　　 (2)采用两步生长法，即以1.2 ML/min的速率在200K的Si(111)衬底上沉积6.4 ML Pb再室温退火三小时，成功制备了高度单一(9 ML)、宽度是衬底台面宽度0.54倍，并且均沿上台阶边缘规则排列的单晶Pb纳米线阵列。STM研究结果表明高度的一致性是由竖直方向的量子限制效应导致的，而纳米线空间分布的均匀性则是由横向相邻纳米线间的排斥作用决定的。　　 (3)研究了Si(111)-7×7、Si(111)-Sn(√3×√3)、和Si(111)-Sn(2√3×2√3)三种衬底上Sn的低温生长及量子效应。在这三种衬底上，Sn都以SK模式生长，室温下不能得到稳定的Sn膜。岛的高度具有选择性，以5 ML和7 ML最多。低于11 ML的Sn岛的表面结构随高度变化，笔者认为可能是由于大的晶格失配导致的位错结构。dI/dV-V测量结果表明，低温沉积得到的岛具有金属性，而室温沉积或低温沉积并室温退火得到的岛则具有半导体性；浸润层始终具有半导体性，但带隙大小在退火后明显增大。笔者认为在退火过程中，浸润层的结构发生变化，其带隙增大，从而导致了上述Sn岛的dI/d V-V谱显示出不同的导电性。Sn岛dI/dV-V谱同时显示了量子阱态随高度周期变化，周期是2 ML，与波尔-索莫菲量子化条件计算结果一致。5 ML和7 ML等奇数层高度Sn岛的最高占据量子阱态距离费米能级较远，因而奇数层高度Sn岛表面能低，更稳定。　　 (4)分别在清洁、加热氧化过的和氩离子轰击过的HOPG表面进行了银的沉积生长以及STM形貌观测研究。在Ar+轰击处理后的HOPG表面上，获得了空间分布、尺寸分布都均匀的高密度的银纳米团簇。STM形貌观测表明，表面台阶和缺陷在银团簇的形成中起到了决定性作用。