本文采用磁控溅射直流和射频共沉积技术,通过掺杂异质元素对类金刚石薄膜(DLC)进行改性。重点研究了不同低含量铪(Hf,<1 at.%)掺杂对DLC薄膜组成、结构与力学性能的影响。同时考察了Hf-DLC薄膜在氮气环境下的组成与微观结构,并分析了在不同氮流量比(R)条件下对其光学性能的影响。主要研究结果如下:通过调控直流Hf靶电压和电流,制备了不同低含量Hf掺杂DLC薄膜,即Hf-DLC薄膜。研究发现,Hf在DLC薄膜中的主要存在形式为硬质HfC纳米晶;随着Hf掺杂量的增加,Hf-DLC薄膜的均方根粗糙度(R_q)从6.9nm增加到22.1nm;平均沉积速率约为9.55nm/min;另外,Hf-DLC薄膜中sp~3/sp~2比值在0.56~1.01之间呈现先增后减的变化趋势,且在掺杂Hf含量为0.42 at.%时达到最大值。而后,制备了在氮气环境下Hf掺杂DLC薄膜,即(Hf:N)-DLC薄膜。研究了在不同R条件下,非金属元素N掺入Hf-DLC薄膜对其成分与结构的影响。研究发现,随着N元素的掺入,元素Hf和N主要以HfN形式进入DLC薄膜,而N在DLC薄膜中的存在形式有N-O、-CN_x(x=1,2,3)和N-Hf;并随着R的增大,(Hf:N)-DLC薄膜的R_q从7.43nm增加到12.73nm,但整体表面粗糙度得到改善;而薄膜的平均沉积速率降为6.83 nm/min。另外,I_D/I_G比值从2.18增加到3.37;由上可知,Hf掺杂DLC薄膜影响了碳基的组成及微观结构,同时N的掺入也改变了Hf在碳基中的主要存在形式。对于低含量Hf掺杂DLC薄膜的力学及摩擦磨损性能的研究。结果表明,随着Hf含量的增加,Hf-DLC薄膜的硬度及弹性模量先减小后增大又减小,而摩擦系数与磨损寿命则与之变化相反。当Hf掺杂含量为0.42 at.%时,Hf-DLC薄膜展现出了优异的摩擦学行为,同时具有1.32 GPa的硬度和15.42 GPa的弹性模量。主要归结于HfC结构在DLC薄膜中的双重作用,即作为硬质碳化物存在,又可破坏碳网络的整体结构。而对于不同R条件下(Hf:N)-DLC薄膜的结构与光学性能的研究。结果表明,随着R的增大,DLC薄膜的可见光区透过率高达95%,带隙(Eg)宽度在1.84~2.01 eV之间且随着R的增大而减小。主要由于随着N元素的掺入,(Hf:N)-DLC薄膜中sp~2~C含量增多、团簇增大及其有序程度增加,导致E_g相应的减小,即N元素掺入Hf-DLC薄膜中可有效调控薄膜的光学带隙。