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立方氮化硼(c-BN)是一种具有优异物理化学性质的宽带隙材料，硬度和热导率仅次于金刚石，高温抗氧化能力强且对铁族元素有良好的化学惰性，禁带宽度达到6.3±0.2 eV，在红外以及可见光范围内具有良好的透过性等，故在刀具、磨具、超硬以及光学保护涂层上有着广泛的应用前景。同时利用其宽带隙、高热导率、高迁移率、低介电常数、高击穿电场、负电子亲和势、可以实现n型和p型掺杂和良好的热稳定性等优点，c-BN在高温高频大功率抗辐射电子器件以及场发射冷阴极材料上也有着难以预料的发展前景。c-BN薄膜的研究起始于上世纪80年代，在90年代中期达到高潮。由于制备中存在种种问题，90年代末期便陷入低潮。虽然进入新世纪后一系列重大突破，如在金刚石衬底上实现异质外延以及采用氟辅助CVD法制备了c-BN厚膜，但是c-BN薄膜的研究距实用尚有很大的差距。本文利用双离子束辅助沉积方法制备了高质量的c-BN薄膜，研究了薄膜内应力的释放、光学性质及硅掺杂等问题，并在此基础上对c-BN薄膜的电学性质进行了初步研究。
本文系统地研究了c-BN薄膜的制备工艺，研究表明高立方相含量c-BN薄膜制备的离子束流密度在75μA/cm2左右、离子束能量在350 V左右。辅助离子源的气流成分决定着离子质量，研究表明Ar与N2的比例为1∶1时制备c-BN薄膜的立方相含量最高。离子束流密度、离子束能量、离子质量并不是相互独立的参数，将三者结合起来对c-BN薄膜生长影响可以归结于离子轰击强度P/a。当其参数窗口为275～350(eV×a.m.u.)1/2时，所制各的c-BN薄膜的立方相含量高于70％。采用两步法实现了高质量c-BN薄膜的制备，首先在Si衬底上400℃低温下采用离子轰击强度为275～350(eV×a.m.u.)1/2的条件下制备c-BN薄膜成核层，然后提高衬底温度至800℃，同时提高轰击强度至425(eV×a.m.u.)1/2，制备了高立方相含量且低应力的c-BN薄膜。
其次，利用FTIR本文研究了c-BN薄膜生长过程中的应力变化。在c-BN薄膜生长过程中，当薄膜厚度小于55 nm时薄膜的内应力随薄膜厚度的增加逐渐减小，但当c-BN薄膜厚度大于55 nm时，随着厚度的增加，薄膜的压应力又逐渐增大。厚度相同时，c-BN薄膜的压应力随立方相含量的上升逐步增大。高温退火、高衬底温度以及掺入第3种元素等方法均可降低薄膜内应力，若将Si掺杂与高低温两步法结合可以将c-BN薄膜中的内应力明显降低到1GPa。
c-BN薄膜的密度和立方相含量与薄膜的折射率有关。当c-BN薄膜的折射率在低立方相含量(＜50％)时维持在1.8左右；当薄膜的立方相含量大于50％时，其折射率随立方相含量的增加而逐步增大，当立方相含量大于90％时接近于c-BN单晶的折射率2.1。利用有效介质理论分析并拟合了高立方相含量的c-BN薄膜折射率随立方相含量的变化关系。同时利用Anderson-Schreiber理论拟合了高立方相含量c-BN薄膜折射率与密度的关系并推出了c-BN中反映电子重叠场的参数γ=2.05，表明c-BN中B-N共价键存在着相当强的电子重叠场。
最后，本文系统研究了c-BN薄膜的Si掺杂。当Si掺杂浓度小于3.3 at.％时，尽管c-BN的特征红外吸收峰稍微展宽，但是薄膜的立方相含量基本不变且保持在80％左右。随着掺杂浓度的增加，薄膜的立方相吸收峰的峰位发生红移，c-BN薄膜的应力不断减小。X射线光电子能谱(XPS)分析表明，随着Si掺杂浓度的增加，薄膜中N元素的相对含量基本保持不变，B元素则逐渐降低，同时Si原子掺入c-BN晶格中后能够抑制薄膜中的O原子的相对含量。N1s特征峰峰位的变化表明Si原子的掺入取代了B原子的晶格位置并与N原子形成了Si-N键。利用磁控溅射设备在Si掺杂c-BN薄膜表面沉积了Cr/Au条形电极，在500℃氮气保护气氛下快速退火1分钟，电极间的I-V曲线呈现准线性特征，表明Cr/Au能与c-BN形成欧姆接触。