近年来，纳米多层膜由于其结构的人工可设计特点及其不同于单层膜的特殊性能而备受关注。1970年，Koehler首次提出两组元多层结构的强度增强模型之后，多层膜的力学性能成为了人们的研究热点。本论文中采用射频反应磁控溅射技术制备了不同调制比以及不同调制周期的TiN／ZrN纳米多层膜，研究多层膜的表面形貌、晶体结构、界面状态、生长行为以及力学性能，并探讨了导致多层膜硬度变化的机制。此外，还研究了多层膜在不同退火温度下的氧化过程。 研究结果表明：对于TiN／ZrN多层膜而言，调制结构不仅改变了TiN层和ZrN层的生长速率，而且使得TiN／ZrN多层膜的择优取向和表面形貌随调制周期发生了变化。同时由于TiN和ZrN的晶格失配度高达7％，因此TiN／ZrN多层膜中TiN与ZrN之间的界面很难形成很好的外延关系，而是存在一定的界面混合层。对于大调制比、不同调制周期的TiN／ZrN多层膜的而言，TiN／ZrN多层膜的硬度和弹性模量随调制周期的变化没有明显的硬度增强现象。这种硬度的变化与Koehler的复合强化效应有关，取决于TiN与ZrN之间的界面厚度，并受薄膜择优取向变化的影响。对于小调制比、不同调制周期的TiN／ZrN多层膜的而言，多层膜的硬度和弹性模量均高于单一TiN和ZrN的硬度和弹性模量，且随着调制周期的减小有逐渐增加的趋势。TiN／ZrN多层膜力学行为的变化可能与TiN和ZrN之间的界面层厚度及数量有关。 TiN／ZrN多层膜在不同退火温度下的氧化行为和力学性能的研究发现：多层膜在不同退火温度下的氧化行为呈逐层氧化的特点。当退火低于500℃时，多层膜表面的几层被氧化成TiO₂／ZrO₂多层膜，但内层仍为TiN／ZrN多层膜；当温度高于700℃时，多层膜完全被氧化；当温度再升高时，大气中的氧与基体Si发生了反应。TiN／ZrN多层膜经过不同温度退火后硬度下降明显，均低于5GPa。