一、SiOx(x＜2)薄膜的光致发光研究硅质优、价廉、工艺高度成熟，是微电子核心材料。以硅为原材料的器件产值约占半导体器件总产值的95％。然而硅发光效率很低，约为10-6，长期以来，被认为不能用于光子学中起关键作用的光源。1990年Canham发现多孔硅室温强光致可见光发光，改变了Si不宜用作发光材料的传统观念，引发了国际范围的硅基发光材料的研究热潮。该领域的研究目标是将硅应用于光子学中的光源，最终将微光子和微电子融合于硅一体。对推动光电子学的发展有十分重大的意义。最近，一种硅基(silicon-based)纳米材料SiOx薄膜开始引起研究者的注意。这种材料与多孔硅相比具有以下优点：光致发光谱的峰位和半高宽都和多孔硅相接近，光发射峰可以从紫外到近红外内可变，更重要的是由于这种材料具有Si颗粒镶嵌在SiO2基体内的结构，比起易脆的多孔硅来有很好的硬度和强度。由于这些优点，SiOx作为一种可行的光电子材料，在显示器，光学放大器和滤光片上的应用成为可能。尽管现在利用各种物理和化学方法制备的SiOx薄膜在可见光到红外波段的较宽范围内都有发光现象，但对发光机制还没有明确的认识，存在较大的分歧。同时，对于温度是否会引起发光淬灭的问题还很迷惑，在这方面的报道存在许多不一致性。本研究工作着重于对从不同方法制备得到的SiOx薄膜的发光性能进行研究，结合结构表征，对薄膜中存在的可能的发光机制进行了探讨；同时，力图通过控制生长条件和后期退火工艺来控制发光波长和发光分布范围。1：针对文献中提到的SiOx薄膜中存在缺陷发光的讨论，采用不同剂量的Si离子注入到热生长的SiO2薄膜中，制备出Si纳米团簇镶嵌在SiO2中的薄膜材料。研究了不同剂量注入后SiOx薄膜中缺陷的形态以及光致发光效应，以及经过不同温度退火处理后薄膜的光致发光的变化。 2：改变溅射压强和溅射靶材的成分获得了不同化学计量比的氧化物，希望经过后期退火，得到不同尺寸的Si团簇。在进行发光性能测试之前，对不同溅射条件制备的薄膜进行了结构表征。对不同溅射压强下制备薄膜的光致发光性能的差异进行了讨论。 3：对磁控溅射方法制备不同成分的SiOx薄膜的结构和光致发光进行了研究。通过改变溅射靶材制备SiOx，以获得不同化学计量比的样品。观察光致发光在N2气氛下等时、不同温度退火处理后的变化，同时对发光机制进行讨论。 4：选用与Si电子工艺相兼容的电子束蒸发技术制备SiOx薄膜。利用不同质量比例的原料，制备化学计量比变化范围大的SiOx薄膜。研究薄膜成分、退火温度、退火时间对薄膜中存在的发光中心生长、衰变的影响。 二、慢正电子束流在材料科学中的应用 正电子谱学技术已经成为研究物质结构和电子状态的无损伤的灵敏核分析手段，具有独特的优点，一是它对样品的种类几乎没有什么限制，二是它对样品中原子尺度的缺陷极端敏感。随着半导体技术不断发展，材料的尺寸已越来越小，由三维发展到两维、一维甚至零维。如何研究材料微区的结构信息已变得极为重要。高能物理研究所自行设计和建立的22Na慢正电子束流装置可以用于研究材料的表面和界面结构。本文作者基于上述装置和正电子谱学技术，进行了基于22Na慢正电子束流装置的调试、维护以及对外开放运行。在方法学方面，搭建了多普勒展宽能谱分析方法，建立了两种新实验方法和数据处理方法；在慢正电子束流应用方面，立足于这种实验方法的优点，开展了涉及领域较为广泛的应用研究。