本文首次采用MEVVA离子源强束流离子注入的方法制备了高浓度掺Er单晶硅和纳米硅镶嵌热氧化硅薄膜,研究了两种薄膜的浓度分布、化学态、表面形貌、显微结构与物相,纳米硅在硅基薄膜中的形成过程,低温及室温下1.54μm附近的光致发光和发光动力学机制。主要研究结果如下: 1.研究了掺Er硅基薄膜的浓度分布和化学态。首次得到Er在硅基薄膜中掺杂浓度高达10²¹cm^-3量级,在单晶硅和热氧化硅中的最大体浓度分别为9.78×10²¹和7.67x10²¹cm^-3,这是目前报导的最高掺杂浓度。小束流密度(≤10μA·cm^-2)、小注量(≤5×10¹⁶cm^-2)的Er注入单晶硅时,Er大部分以固溶态形式存在。当束流密度过大(>10μA·cm^-2),即使小注量注入时,也将有一定量的Er析出。Er在小束流密度(≤5μA·cm^-2)、较大注量(≥1×10¹⁷ cm^-2)注入时,会有少量Er偏析和ErSi₂相形成,但大部分Er仍以固溶态形式存在。（Si,Er）双注入热氧化硅中,Si有三种存在形式:晶体Si、SiO₂和SiO_x。三者之间的比例由注入和退火条件决定。随着SiO₂氧化膜厚度的增大,过剩Si的浓度下降:随着Si注量增大,Si在氧化膜中含量随之增加,退火后表层Er偏析现象明显。 2.研究了掺Er硅基薄膜的表面形貌、显微结构和物相。在Er注入单晶硅中,随着Er注量增大,Er析出量增多:900℃退火后表面形貌仍未改变;退火1000℃后Si开始形核,但生长速率为主导;退火1100℃时,形核速率为主导,样品表面形成了Si的纳米级针状结构。首次观察到（Si,Er）双注入热氧化硅薄膜中形成了纳米Si晶粒,平均直径约为4.8nm。在大束流Si离子注入过程中,纳米晶Si可在缺陷处成核,也可以通过热峰效应成核,且纳米Si成核主要发生在1100℃快速退火阶段。随着退火温度升高,可以使Si的结晶性能提高,但温度过高也会使再结晶表面出现大量的孔洞:随着热氧化SiO₂膜增厚,Si的结晶性能提高,Er析出和铒硅化物减少;随着Er注量增加,会有少量Er析出和硅化物形成;随着Si注量增加,样品表面产生了严重的辐照损伤,即使通过退火已经无法得到有效恢复,表面的Si颗粒由纳米级变成微米级。 3.测量了77K和室温时掺Er硅基薄膜的近红外1.54μm附近的光致发光光谱。掺Er硅在Er大注量(≥1×10¹⁷ cm（-2）)注入时发光猝灭;采用小束流注入可较好地防止高浓度掺杂下的发光猝灭;1000℃快速退火,可以获得较好发光强度与峰形,由于发光的温度猝灭,未观察到掺Er硅室温的1.54μm光发射;在掺Er纳米Si镶嵌SiO₂薄膜的发光光谱中,随SiO₂膜的厚度增加,发光强度增强,要获得最佳的发光强度必须使SiO₂层的厚度至少大于Si和Er离子的投影射程。退火温度与Er³⁺发