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3C-SiC作为第三代半导体材料的代表之一,由于具有禁带宽度大、临界击穿场强高、电子迁移率高、热导率高、机械性能好以及物理化学性质稳定等优点,被广泛应用于高温、高频、大功率电子器件及新能源材料领域。材料的微观结构决定其不同的物理化学性质、电学性质和电化学性质,最终导致其多样化应用。本论文采用激光化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）技术对Si基板上生长3C-SiC薄膜的微观结构进行设计调控,系统地研究沉积工艺参数对3C-SiC薄膜的微观结构（如结晶性、形貌、组分、取向和缺陷等）的影响规律。通过控制3C-SiC薄膜的结晶行为制备了3C-SiC纳米多晶薄膜和外延单晶薄膜,并分别对其电化学性质和电学性质进行研究。H2气氛中通过调节前驱体流量(f HMDS=3 sccm),沉积温度（1423-1623 K）和沉积压强（200-1200 Pa）实现了3C-SiC薄膜结晶性、形貌、组分的控制,并分析了3C-SiC薄膜结晶性、形貌和组分对电化学性质和电学性质的影响。低温下（1423-1523 K）制备的3C-SiC/石墨烯纳米森林状复合薄膜由于比表面积大、导电性好,具有更好的电化学性能,在0.5 M H2SO4溶液中双层面积比电容可达7.35 m F/cm~2;高温低压下制备的纯相金字塔状3C-SiC多晶薄膜由于结晶质量高,具有更好的电学性能,相比纳米结构的3C-SiC/石墨烯薄膜,电子迁移率上升10倍,可达427 cm~2V-1s-1。结合3C-SiC/石墨烯纳米薄膜的生长区间,进一步通过控制沉积温度、沉积压强、稀释气体种类对3C-SiC/石墨烯纳米结构进行三维结构设计优化,分析3C-SiC/石墨烯纳米森林状复合薄膜的生长机理和电化学储能机理。通过优化工艺参数,得到高双层电容、高循环稳定性的3C-SiC/石墨烯纳米森林薄膜的制备工艺。在较低温度（1423-1473 K）和高压（800-1200 Pa）下,3C-SiC/石墨烯纳米结构出现团聚状,形成微米级乳突结构,呈微-纳分级结构生长。Ar气氛中,薄膜呈3C-SiC纳米晶粒状生长,而H2气氛中呈3C-SiC纳米晶须状生长。STEM和HRTEM分析表明3C-SiC晶须横纵交错生长,形成3C-SiC/石墨烯纳米森林状结构。单根3C-SiC晶须横截面为典型的＜111＞-3C-SiC六边形结构,Si-C原子对沿着＜111＞取向以孪晶方式纵向生长,石墨烯外延生长于3C-SiC晶须边缘生长,层数为2-3层。Tdep=1523 K,Ptot=400 Pa和f H2=500 sccm条件下沉积3C-SiC/石墨烯纳米森林复合薄膜纳米空隙结构分布均匀,无明显团聚生长现象,具有最优异的电化学性能。在0.5 M H2SO4溶液中电化学窗口为0.2-1,双层面积比电容可达8.533 m F/cm~2（20 m A/cm~2）,体积比电容达到4.1 F/cm~3。3C-SiC/石墨烯复合薄膜电极具有优异的倍率循环稳定性和长期循环稳定性,充放电10000个循环之后,电容保持率达到90.5%。为提高3C-SiC薄膜结晶质量,通过控制前驱体流量(f HMDS=1 sccm)、沉积温度、压强和稀释气氛在Si（110）基板上实现了＜110＞-3C-SiC和＜111＞-3C-SiC外延薄膜双取向的控制,得到晶格匹配良好的3C-SiC（111）/Si（110）外延结构生长,并对＜110＞-和＜111＞-3C-SiC外延薄膜的生长机制,晶体缺陷和电学性能进行了分析。H2气氛中,较低温度下（1423-1473 K）,激光和H2刻蚀作用可使Si（110）形成均匀粗糙的表面,得到＜110＞-3C-SiC外延薄膜的稳定生长,最大薄膜厚度为1.0μm。＜110＞-3C-SiC表面晶粒形状类似于菱形生长,呈二重对称排列。＜110＞-3C-SiC薄膜和Si（110）面内外延关系为3C-SiC（-112）//Si（-112）和3C-SiC（1-11）//Si（1-11）。Ar气氛中,高温度下（1573-1648 K）,Si（110）表面未被刻蚀,衬底表面光滑,得到＜111＞-3C-SiC外延薄膜的生长,薄膜厚度10.0μm,沉积速率可达30.0μm/h,＜111＞3C-SiC外延薄膜表面晶粒呈六边形“金字塔”生长。＜111＞3C-SiC外延薄膜和Si（110）面内外延关系为3C-SiC（-1-12）//Si（001）和3C-SiC（1-10）//Si（1-10）。＜111＞-3C-SiC外延薄膜与Si（110）基板界面晶格原子匹配性更好,外延薄膜结晶质量更高（晶界密度和孪晶缺陷更低）,当载流子浓度为1.0×1017,室温下电子迁移率可达到806 cm~2V-1s-1。