基于半导体硅材料的微电子技术自上世纪四十年代诞生以来，就以其蓬勃的发展势头，引起了全世界研究的热潮。经过半个多世纪的发展，微电子技术已成为当代计算机技术、信息技术、通信技术等科技领域的基础，使人类开始从工业化时代向信息化时代迈进。随着微电子技术的不断发展，微电子器件的集成度不断提高，器件尺寸不断减小，从亚微米进入深亚微米乃至纳米尺度，因此对硅基纳米材料以及纳电子与光电子器件的研究已成为当前极具活力的研究领域之一。　　纳米硅薄膜(nc-Si∶H)是由纳米硅晶粒和晶粒间的非晶硅(a-Si∶H)组成的两相混合体系。由于量子尺寸效应和表面(界面)效应的作用，其呈现出与体材料不同的光学和电学特性，并且纳米硅薄膜材料的晶化度以及纳米硅晶粒的尺寸分布等都会影响到其光学性质及电输运性质。近年来，我们小组在纳米硅材料的制备以及光电性质的研究中已开展了大量的工作，包括:利用KrF准分子激光诱导非晶薄膜晶化获得纳米硅薄膜;成功获得了含有尺寸可控纳米硅晶粒的多层膜材料;对纳米硅材料的光致发光、电致发光以及电输运性质进行了分析;并且对纳米硅在硅基发光器件、存储器及太阳能电池方向的应用进行了探索。为了更好地将纳米硅应用到未来的纳电子和光电子器件中，就需要更深入的理解纳米硅的结构及其对材料物理性质的影响。本论文的主要工作就是集中在纳米硅薄膜的制备、结构表征以及性能研究方面，主要侧重于对具有不同晶化比的纳米硅薄膜的电子输运性质的研究，并结合其它结果以期加深对这种材料中光电过程的理解。在论文工作中，我们利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了非晶硅以及磷(P)和硼(B)掺杂的非晶硅膜，利用常规热退火技术在不同的退火温度下获得具有不同混合结构的本征或掺杂纳米硅薄膜。在对其结构进行表征的基础上，对材料的电子输运性质进行了系统的研究，对纳米晶的形成以及掺杂原子对纳米硅中载流子输运过程的影响进行了比较分析。进而，我们利用同样的技术制备了镶嵌于SiC介质中的纳米硅薄膜材料，比较了其光电性质与纳米硅/非晶硅混合体系中的不同。同时我们又制备了a-Si∶H/SiO2多层膜结构，利用限制性晶化原理获得了nc-Si/SiO2多层膜结构，研究了多层膜中的横向与纵向的输运性质，并进行了初步分析。　　本论文主要的内容与结果如下:　　1.利用PECVD系统制备氢化非晶硅薄膜，采用常规炉温热退火技术在不同温度下对样品进行处理，采用Raman、TEM以及FT-IR等手段对薄膜的结构进行表征，通过光吸收谱以及变温电导率的测量对纳米硅材料的光学以及电学输运特性进行了探讨。对样品的结构分析表明，随着退火温度的不断增加，薄膜由非晶相向纳米晶相转变，同时还伴随氢原子从薄膜中的逸出过程。随着退火温度的增加，纳米晶粒不断长大，薄膜的晶化率不断提高。在1000℃退火下，纳米硅的尺寸在10nm左右，晶化率达到90％以上。在不同的退火温度下，薄膜中氢含量以及晶化程度的不同，使薄膜表现出不同的光学特性和电输运特性。在较低温度下退火时，氢原子的逸出使薄膜中含有大量的缺陷态，引起薄膜光学带隙变窄，同时在电学测量中存在双激活能现象，薄膜的输运机制表现为跳跃电导;在较高温度下退火时，薄膜中纳米晶粒的产生，使薄膜的光学带隙变宽，同时薄膜的电导率增加，在1000℃时，随着薄膜晶化率的提高，晶粒间的隧穿输运过程变的明显，电导率达到5×10-7S cm-1。　　2.基于对本征非晶硅膜的研究结果，我们探索了P和B掺杂的非晶硅膜在不同温度退火后的结构与光电性质的变化，特别是研究了样品的变温电导率。实验结果表明，在1000℃退火后，掺杂样品的室温暗电导率分别达到22.4 S cm-1(掺P)和192.5 S cm-1(掺B)，相比本征纳米硅薄膜，掺杂后薄膜的电导率有8个数量级以上的提高。从结构与光电性能的研究表明，在热退火过程中，随着纳米晶的形成，同时也使得掺杂原子逐渐激活，因而可以获得室温下具有高电导率的p型和n型纳米硅材料。　　3.利用PECVD系统，制备了具有不同C/Si比的氢化非晶碳化硅(a-SiC∶H)薄膜，采用热退火技术使其发生相变，获得了非晶SiC包裹的纳米硅晶粒。采用Raman、XPS以及FT-IR等技术手段对样品的结构进行了表征。实验结果发现非晶SiC中纳米硅的晶化温度在900℃附近，高于a-Si∶H薄膜的晶化温度。通过透射谱的测量，我们对样品的光学特性进行了研究，氢化非晶碳化硅薄膜中的氢含量以及薄膜中Si-C的含量的增加使薄膜的光学带隙展宽。在薄膜的电学测量中，通过与相同条件下nc-Si薄膜的比较发现，镶嵌于非晶碳化硅中的nc-Si薄膜具有更高的电导率，在1000℃退火后达到10-6 S cm-1，说明利用热退火技术可以获得镶嵌有nc-Si晶粒的SiC薄膜，其具有高光学带隙和高电导率，有可能在未来的硅基光电子器件中获得应用。　　4.基于多层膜限制性晶化原理，采用热退火技术制备了nc-Si/SiO2多层膜结构，Raman和TEM的测量揭示了纳米硅的晶粒大小在2～3 nm。通过对样品PL光谱的测量，发现nc-Si/SiO2多层膜的发光峰位在800 nm附近，并且随着薄膜中nc-Si晶粒的长大，PL光谱的强度增强并发生了红移现象，我们利用量子尺寸效应对其进行了解释。另外，在样品纵向电学性质的测量中，在高场作用下样品的纵向电输运过程存在PF和FN两种隧穿机制;在横向电输运过程中，主要表现为热激活的输运过程。随着退火温度增加到900℃后，纳米硅晶粒的形成使薄膜电导率增加到2×10-9 S cm-1。在光照下，nc-Si/SiO2多层膜的电流增加，表现出一定的光电导特性。