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基于小的原子半径和强的共价键结合，轻元素化合物具有宽禁带、高硬度、高热导、耐化学腐蚀等优异特性，是应用前景广泛的极端半导体和绝缘陶瓷材料。Al-C-N作为一种含有金属元素的三元系轻元素化合物，其晶体结构和电子能态的裁减空间大，在未来快电子器件中，既可作为载流子阻挡层，又能制成电接触层。本文第一部分的内容包括Al-C-N薄膜材料的制备，以及对其微观结构、光学和力学性能的系统研究。
采用反应磁控溅射法，通过优化工艺参数合成了真正三元系的Al-C-N薄膜。选区电子衍射和X-射线衍射证实薄膜是多晶的且具有[000l]择优取向。随着薄膜中碳含量的增加，基面的堆垛发生较严重的阻错，呈现出非晶化的趋势。在50～260℃衬底温度范围内，薄膜中出现了m面和c面共存且竞争生长的局面。随着衬底温度增加，薄膜的晶粒尺寸逐渐增大，表面变得粗糙。在较低气压下获得的薄膜致密光滑。进一步增加气压，薄膜质量变差。强的共价键结合和结构无序使得薄膜表现出宽禁带和超硬特性，不同条件下制备的薄膜禁带宽度均超过5.2eV，其最高硬度54.3GPa接近天然金刚石的下限。
贵金属氮化物是另一类重要的共价键化合物。尽管这种材料较差的热稳定性给其合成带来一定的困难，但同时也为其在微纳米图形化结构制作方面带来极大方便，使其可以在无须制作任何掩膜的情况下快速制作微观导电引线。此工艺在半导体工业中具有极大的经济价值。本文第二部分是关于Cu-N薄膜的制备及其结构和电学特性研究方面的工作。
采用反应磁控溅射法，在不同的工艺条件下，获得了不同化学计量比的Cu-N薄膜。通过优化工艺参数，得到了理想化学配比的Cu3N。所有样品都具有[001]择优取向，表面光滑致密，平均晶粒尺寸在30～60nm之间。Cu-N薄膜的电阻率极易受化学组分的影响。随着铜含量增加，实现了从半导体向金属的转变。微化学计量比的Cu3N表现出缺陷半导体的特性。通过光电导谱得知其带宽约为1.85eV。理想化学配比的Cu3N的分解温度约在350℃左右。
首次发现在特定的工艺条件下制备的Cu3N薄膜中出现了隆起的由五次对称微结构组成的表面形貌。这主要是由于立方Cu3N热稳定性较差，在其薄膜的生长过程中，氮原子不断从{111}面析出，引起Cu3N纳米晶粒沿{111}面的滑移，导致大量金字塔形的纳米晶粒堆积，并最终形成了独特的表面形貌。
初步研究了钯掺杂对Cu3N薄膜结构和电学性能的影响。通过调节Cu靶和Pd靶面积比，获得了一系列不同化学配比的Cu3NPdx(0≤x≤0.425)薄膜。随着Pd含量的增加，薄膜实现了从半导体向金属的转变，特别是发现在适量掺杂下，薄膜的电阻率在较大温区(7～250K)范围内呈现出恒阻特性。
应力工程是进行大面积微纳米结构自组装的第三条道路，引起了多个学科领域内研究者的广泛兴趣。通过控制系统的几何及其上的应力，我们在Ag内核/SiOx壳层结构的锥形面上获得了3×5至13×21的斐波纳契双螺旋花样，并且分别实现了左手性和右手性两种模式的花样，这是第一次用无机材料在微米系统上获得了手性的斐波纳契双螺旋花样。