脉冲偏压真空电弧离子镀技术具有瞬间能量密度高、平均能量密度低的特点，与传统的直流偏压技术相比，不仅在低温下可制备致密的薄膜，还可避免绝缘体基片或薄膜表面由荷电效应引起的电弧放电现象。本学位论文采用脉冲偏压电弧离子镀技术，在绝缘体基片上成功地制备了具有择优结晶取向的透明MgO薄膜，证实了脉冲偏压电弧离子镀技术制备基于PDPs应用的MgO薄膜的可行性。利用AFM、SEM、RBS、XRD、椭偏光谱分析技术、紫外——可见分光光度计及二次电子发射测量仪等分别对MgO薄膜的表面及断面形貌、成分、微观结构、厚度、光学及电学性能等进行了表征和分析，探索和研究了MgO薄膜的电弧离子镀制备工艺，提出了MgO薄膜的电弧离子镀生长机制。 首先，考查了沉积气压对MgO薄膜的影响。MgO薄膜中O原子相对Mg原子的含量随着O<,2>气分压的增大而逐渐增多。低气压下沉积的MgO薄膜具有(100)或(110)择优结晶取向，且薄膜较为致密：而沉积气压增大时，MgO薄膜易于出现(111)择优结晶取向，且晶粒之间结合较为疏松。相对低的沉积气压(例如，0.7 Pa)有利于制备致密的具有择优结晶取向的MgO薄膜。 其次，考查了脉冲偏压及其占空比对MgO薄膜的影响。当基片为绝缘体或制备绝缘体薄膜时，需要使用高频低占空比的脉冲偏压，以削弱绝缘体表面的荷电效应。本文实验条件下的占空比大小需要控制在5﹪以内。脉冲偏压幅值从150V增大到750 V时，MgO薄膜的(100)取向逐渐减弱，而(110)耳义向逐渐增强：MgO薄膜的晶粒尺寸先随着偏压的增大而增大，然后又开始减小，-600 V下制备的MgO薄膜具有最大的晶粒尺寸，目.薄膜较为致密：MgO薄膜中Mg/O的比值先随着偏压幅值的增大而逐渐增大，当偏压幅值为450 V时，Mg/O的比值接近于1，再增大偏压幅值，Mg/O的比值几乎维持不变。 再次，研究了电弧电流和沉积时间对MgO薄膜的表面形貌、微观结构、成分及其厚度等的影响。增大电弧电流或延长沉积时间均可增加薄膜的厚度和晶粒尺寸，且在40～70 A的电弧电流范围内或5～25 min的沉积时间内，电弧电流或沉积时间的变化并不能改变MgO薄膜的择优结晶取向。增大电弧电流可增加薄膜中Mg原子的相对含量，当电弧电流从40 A增大到80 A时，MgO薄膜内Mg原子与0原子的相对含量之比从0．97增大到1．17。高能Mg离子的轰击是基片和薄膜表面温度升高的主要因素，通过延长沉积时间而增大薄膜厚度时，为获得微观结构一致的薄膜，需要对沉积温度实行有效的控制。此外，分析了离子的“亚注入”效应和空位的存在对MgO薄膜晶格应变的影响。离子的“亚注入”效应将增大晶格常数和增加薄膜的总能量;利用第一性原理对2×2×2 MgO超晶胞的晶格常数和总能量的计算结果表明，超晶胞中存在Mg空位或O空位时，超晶胞的总能量均比理想晶胞的要大，存在Mg空位和中性O空位的超晶胞，其晶格常数均大于完整晶格常数，而存在电离O空位的超晶胞，其晶格常数却比完整晶格常数要小。利用半球形“热峰”模型和热扩散方程，计算了轰击离子能量为150 eV时，产生的热峰具有1．3 nm的半径和大约0．4 ps的寿命，该“热峰”在一定程度上可以缓解晶格应变。根据“热峰”模型和第一性原理的计算以及实验结果，指出了MgO薄膜的择优结晶取向与晶格应变程度有关，在晶格应变程度相对较大的情况下，受总能最低原理的支配，MgO薄膜具有沿着弹性应变能密度较小的(100)方向生长的趋势。 最后，根据Mg阴极电弧等离子体沿着轴向具有密度分布峰值的规律，建立了一维柱状流体模型，研究了中性气体——电弧等离子体的相互作用，提出了MgO薄膜的电弧离子镀生长机制。在电荷交换反应、弹性碰撞以及电子的轰击离化或复合等的作用下，等离子体中各种成分的空间分布与中性反应气体的压强有关。同时，能量和动量守恒定律决定了MgO分子的形成应发生在基片(或薄膜)表面。低于1．9 Pa的沉积气压下，沉积粒子主要为高能Mg离子；而高于1．9 Pa的沉积气压下，沉积粒子主要为低能Mg原子，它们与吸附在基片(或薄膜)表面的O<,2>分子发生反应形成MgO。高能Mg离子沉积时，易于形成(100)或(110)择优取向或二者混合取向的MgO薄膜;低能Mg原子沉积时易于形成(111)择优取向的MgO薄膜。