因其在医疗健康、装备结构监测等领域的诱人应用前景,以实现可延展、可弯曲电子器件为核心的柔性电子技术已经成为新型电子器件研究的热点之一。通过在无机器件上引入耐拉伸力学结构实现器件柔性化的无机柔性电子器件,与有机柔性电子器件相比具有高性能与高可靠性的优点。在目前提出的典型耐拉伸力学结构中,通过薄膜屈曲形成的波纹结构是一种简便易行,且得到较为系统的研究与应用的结构。由于薄膜在形成波纹结构后会引入可控的梯度应变,因而波纹结构作为一种向薄膜中引入周期性应变分布的方法,也在应变工程领域中具有应用潜力。然而以往报道的关于无机薄膜波纹结构的研究,都是基于规则矩形条带展开的,关于利用非规则矩形条带薄膜形成的波纹结构的研究鲜有报道。由于条带宽度的变化会导致基底在回缩时产生不均匀的回缩力,薄膜的形状变化可能对最终形成的波纹结构形态会造成影响。因此探究具有梯度屈曲形态的无机半导体薄膜的制备工艺及其形貌与工艺参数间的关系,不仅是对波纹结构研究的进一步完善,也可为功能薄膜的应变工程提供一种引入梯度应变分布的方法。本课题以单晶硅薄膜为研究对象,利用光刻、反应离子刻蚀等工艺将薄膜图形化为对称梯形结构。利用转印技术将薄膜从生长基底上剥离后转移至预拉伸的PDMS基底上,通过释放预拉伸基底形成的回缩力使薄膜受力发生屈曲,得到了具有梯度波纹结构的薄膜。基于三维轮廓显微镜对不同工艺参数下制备的样品的波纹结构参数表征数据,对不同工艺参数与样品形貌的关系进行了探讨。通过理论计算,对梯度波纹结构的应变分布进行了分析,并与均匀波纹结构形成对比。为了研究梯度波纹结构拉伸下的电学性能稳定性,对梯度波纹结构不同宏观拉伸下的光电特性进行了测试。最后,在梯度波纹结构上构筑了硅基PN结结构,探究了梯度波纹结构在器件上的应用。研究结果表明,通过本文介绍的制备方法,可以得到波长、振幅呈梯度分布的梯度屈曲形态硅单晶薄膜,且具有波峰、波谷处的应变梯度分布的特征。通过改变预拉伸量、形状几何梯度参数G、基底力学参数,可以调控其波长、振幅的分布梯度。梯度屈曲形态与均匀屈曲形态一样,具有一定的耐拉伸能力。具有梯度屈曲形态的PN结结构,可以在承受高达3.56%的拉伸应变的同时保持电学性能稳定,且转印对PN结电学性能没有影响,显示了梯度屈曲形态在柔性电子领域的应用潜力。