表面粗糙度是薄膜材料的一个重要的表面属性,影响了如摩擦系数、亲疏水性和光反射等众多性能。随着催化,自清洁,生物医学,固体润滑和精密接触技术的发展,各个领域对具有低粗糙度（光滑表面）和高粗糙度（粗糙表面）薄膜的需求不断增长。目前,利用预处理和后处理方法对衬底和薄膜的表面进行修饰虽然能够获得需求的粗糙度,但是这两类方法的工艺十分复杂且价格昂贵。为了降低工艺的造价和时间,研究者们对原位生长光滑和粗糙薄膜进行了研究。但是目前还存在以下问题:（1）薄膜表面粗化机理尚不清楚。在对薄膜生长过程中的表面演变过程进行了大量研究后,研究者们观察到了表面粗化现象,即在薄膜生长过程中随着膜厚（或沉积时间）的增加表面粗糙度增加的现象,和凸起长大现象,即在薄膜生长过程中薄膜表面的凸起逐渐长大的现象。如果能够将表面粗化和凸起生长定量的关联起来,就能够完善薄膜表面粗化的机理,进而实现对表面粗化的调控。但是,由于表面粗化和凸起生长之间的关系还没能在实验上被很好的探究,因此表面粗化机理一直没能被很好的揭示。（2）原位生长光滑和粗糙氮化铪薄膜的有效实验思路和方法尚未被提出。随着科技的发展,如干式加工和船体减阻等新兴领域对氮化铪薄膜材料的表面粗糙度提出了更高的要求。但是由于光滑和粗糙薄膜的生长条件仍没能被揭示,因此原位生长光滑和粗糙的氮化铪薄膜的实验思路和方法一直没能被提出。针对以上两个问题,我们通过实验和模拟相结合的方法开展了以下三个方面的研究:（1）针对薄膜表面粗化机理的研究。通过对氮化铪薄膜的一系列实验和模拟,我们成功的给出了表面粗化速率（ν_R）和凸起有效生长系数（δ）的表征方法,并揭示出了表面粗化速率与表面凸起有效生长系数之间存在的线性正比关系,即ν_R=k?δ。我们利用三种典型的共价键、离子键和金属键材料（氮化铪、氧化铪和银）验证了这个线性关系的适用性。利用我们发现的正比关系,我们揭示了光滑和粗糙的生长条件,即δ<<1（凸起横向生长远大于纵向生长）和δ>>1（凸起横向生长远小于纵向生长）。（2）针对原位生长光滑氮化铪薄膜的实验思路和方法的研究。根据我们发现的光滑薄膜的原位生长条件（δ<<1）,我们提出原位生长光滑氮化铪薄膜的思路为抑制薄膜生长过程中的凸起的纵向生长。随后,我们通过往氮化铪薄膜中周期的引入薄的非晶碳氮层的方法成功的制备出了光滑的氮化铪薄膜(膜厚为1386nm时粗糙度为0.24 nm,ν_R=5×10^-5,δ=0.09<<1)。此外,我们制备出的粗糙的氮化铪薄膜不仅保持着纯氮化铪薄膜良好的耐久性还获得了低的摩擦系数,有望作为新一代的低摩擦耐磨损保护涂层。（3）针对原位生长粗糙氮化铪薄膜的实验思路和方法的研究。根据我们发现的粗糙薄膜的原位生长条件（δ>>1）,我们提出原位生长粗糙氮化铪薄膜的思路为抑制薄膜生长过程中的凸起的横向生长。随后,我们通过往氮化铪薄膜掺杂不浸润的贵金属银元素成功的制备出了粗糙的氮化铪薄膜(膜厚为1408 nm时粗糙度为13.6 nm,ν_R=9×10^-3,δ=14.09>>1)。并且我们制备出的光滑的氮化铪薄膜不仅具有良好的耐久性还获得了大的静态水接触角（>150°）,有望作为新一代的耐久疏水涂层应用于船体减阻等领域。