量子点的性质主要由其密度及尺寸参数控制，而原子在衬底上的成核运动又决定了量子点的密度、直径、高度等参数，因此研究原子的扩散成核过程对自组装制备量子点具有重要意义。本文通过分子束外延生长技术研究了GaAs(001)表面金属铝液滴的成核过程，发现衬底温度和金属铝沉积速率的变化直接影响了液滴的尺寸、密度以及形状等特征。根据经典成核理论分析GaAs(001)表面金属铝液滴空间分布与几何结构的演化规律，推导得出表面金属铝液滴密度与衬底温度、金属铝沉积速率的关系方程。在此基础上，进一步计算得出液滴形成过程中未成核态、临界成核态、成核态三种亚稳态所包含的最小原子数分别为1个、2个、5个。

在大功率激光熔覆成形中,熔覆层的沉积率是决定成形效率及质量等的重要因素。采用Box-Behnken(BBD)及正交法进行了激光熔覆单道沉积实验设计,研究了激光功率、送粉速率、扫描速度和离焦量对沉积率的关系。分别建立了响应面法(RSM)模型和经遗传算法优化的神经网络(GA-BP)模型,同时预测并优化了沉积工艺参数。经遗传神经网络模型优化后的工艺参数得到的最大沉积率为61.74 g/min,高于响应面法优化得到的53.55 g/min。结果表明:遗传神经网络模型的预测、泛化及优化能力要优于响应面法模型,使用遗传算法优化后的神经网络模型可为实现高沉积率激光熔覆成形提供更有效的预估方法。

离子束溅射(IBS)系统具有稳定的沉积速率和良好的工艺重复性，然而在沉积初期其速率仍会发生变化。为研究其变化规律，采用离子束溅射技术，以Nb2O5和Al2O3为高低折射率材料，制备了中红外波段高反膜，用傅里叶变换红外光谱仪测试了膜层的反射率光谱曲线，采用扫描电镜测试了膜层的断面形貌，结果显示膜层厚度随着层数的增加而减小。通过光谱反演的方法，建立沉积速率随时间呈指数变化的模型，通过优化设计，使理论曲线与实测结果的吻合程度大大提高，均方根误差由10%下降至1.5%。研究结果为时间监控方式下的膜厚修正提供了参考依据。

激光熔覆过程伴随着成形气氛与熔池的接触,成形气氛是影响熔覆层显微组织的重要因素。为了实现大型复杂精密、高性能金属结构件的快速制备,高沉积率激光熔覆技术在传统激光熔覆技术的基础上大幅提高能量输入与质量输入,但这也会改变熔池的形貌与温度,从而改变气氛对熔池的作用;此外,随着成形件尺寸增大,提供保护气氛的成本也将急剧增大。基于此,本文采用高沉积率激光熔覆技术分别在氩气气氛与空气气氛下进行GH4169高温合金的单道熔覆实验,研究了成形气氛对高沉积率激光熔覆GH4169合金凝固条件、熔覆层几何特征以及显微组织的影响。结果表明:不同气氛的散热条件虽然改变了熔池的凝固条件,但其对氧化作用的影响很小;与氩气气氛相比,空气气氛下熔池的冷却速率更大,熔覆层一次枝晶间距更细小,Laves相更少,微观偏析程度更低。本文研究结果说明,相比于开放的空气气氛,氩气保护气氛对高沉积率激光熔覆GH4169合金凝固条件与显微组织没有明显的增益作用,这一结果可为工业生产提供参考。

采用高沉积率激光熔覆沉积技术制备了GH4169合金试样, 研究了沉积率为2.2 kg/h时GH4169合金的微观组织和拉伸断裂机制。结果表明：高沉积率激光熔覆沉积GH4169合金沉积态试样的析出相主要包括Laves相、针状δ相及不均匀分布的γ″和γ′强化相。拉伸测试结果表明, 沉积态GH4169高温合金的塑性和强度均低于锻件标准。

应用电子束在真空条件下沉积氧化铟锡(Indium-Tin Oxide,ITO)薄膜,研究不同生长条件(温度、速率、厚度及氧气流量)对ITO薄膜光电特性的影响,结果表明ITO薄膜表面微结构随着沉积温度上升逐渐变得平整,晶体结构强烈地依赖于ITO薄膜生长过程的沉积速率,氧气流量会影响ITO薄膜晶体结构的完整性,氧空位会引起晶体结构变化造成薄膜光电特性差异,适中的沉积速率会得到致密性较好的ITO薄膜,通过实验研究,为LED生产ITO薄膜工艺提供一定的技术依据。

利用原子力显微镜研究了二氧化硅衬底上红荧烯薄膜的生长及稳定性。在较低沉积速率下, 较低衬底温度时, 红荧烯分子有充足的扩散时间, 利于薄膜的横向生长, 形成连续性、均匀性较好的薄膜。快速蒸镀及较高衬底温度使红荧烯薄膜转变为纵向生长模式, 形成团粒状岛。横向生长的红荧烯薄膜在退火和空气中表现为亚稳特性, 随着退火温度的升高和空气中放置时间的延长, 红荧烯分子会自发地进行质量传输, 发生纵向转移, 转变为团粒状岛。获得了二氧化硅界面上红荧烯薄膜的生长及亚稳定机制模型。研究结果证明红荧烯分子与二氧化硅界面之间的作用力小于红荧烯分子间的作用力。

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统, 以乙硅烷和氢气为气源, 普通钠钙玻璃为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜, 研究了沉积压力对非晶硅薄膜的沉积速率、 光学带隙以及结构因子的影响。 采用台阶仪、 紫外可见分光光度计、 傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等手段分别表征了a-Si∶H薄膜的沉积速率, 光学带隙、 结构因子和表面形貌。 结果表明: 随着沉积压力的增加, 沉积速率呈现先上升后下降的趋势, 光学带隙不断下降。 当沉积压力小于210 Pa时, 以SiH键存在的H原子较多, 而以SiH2或SiH3等形式存在的H较少; 当沉积压力大于210 Pa时, 以SiH2, (SiH2)n或SiH3等形式存在的H较多。 通过结构因子的计算, 发现沉积压力在110～210 Pa的范围内沉积的薄膜质量较好。

为了进一步揭示激光的热力效应对电化学沉积的强化作用, 构建了激光电化学复合沉积试验系统, 进行了理论分析和实验验证。采用激光循环往复的扫描方式照射沉积区域制备沉积层试样, 对沉积过程中的力效应和热效应进行测试, 最后采用扫描电子显微镜对沉积层的表面形貌和截面形貌进行观察对比。结果表明, 激光的热力效应能加快金属离子的还原反应, 促进晶核形成和晶粒细化, 在激光能量为0.2mJ(20kHz)时, 能获得良好的沉积速率(0.198mg/min); 在激光能量为0.4mJ(20kHz)时, 沉积层的拉伸强度性能较好, 达到256.38MPa。此研究结果对电解加工技术的发展是有一定帮助的。

本文采用离子束溅射方法制备GdF3薄膜, 并研究其沉积速率分布特征。首先, 采用膜厚仪测量得出GdF3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图, 通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次, 分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后, 以二维沉积速率分布公式为基础, 通过计算机编程设计均匀性挡板, 并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明, 沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布, 在竖直方向上满足标准Gauss分布, 拟合公式残差为205×10-6。改变离子源的束流和束压, 沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大, Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大, 峰值位置xc逐渐增大, 在θ=292°时, GdF3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验, 可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为979%。