随着微电子技术的发展,集成电路的尺寸日益逼近其物理极限。因此发展有效的方法来制备更小尺寸的微纳电子器件就成为一个至关重要且非常紧迫的课题。本文利用纳米胶体球的自组装技术制备了二维有序结构掩膜,结合反应离子刻蚀技术和氧化减薄技术在硅基上制备了有序纳米结构阵列。另外,我们还利用紫外固化纳米压印技术制备了硅基一维和二维有序结构。在此基础上,初步研究了有序纳米硅柱阵列的场发射性质和气敏性质。　　 利用纳米胶体球之间的长程毛细作用,在水表面自组装制备二维单层胶体球有序结构,然后转移到硅衬底表面,以此单层膜为掩膜,利用选择性刻蚀机理,分别采用以四氟化碳(CF4)和氧气为气源的反应离子刻蚀(RIE)以及氧化减薄技术在硅衬底上制备了周期、密度、尺寸可控的硅柱阵列。一方面,在以CF4为气源刻蚀时,被电离的F离子对纳米胶体球的刻蚀作用要远远弱于对硅衬底的刻蚀作用,所以纳米胶体球可以对CF4的刻蚀起到很好的掩蔽作用。另一方面,在以氧气为气源刻蚀时,氧等离子体可以对纳米胶体球起到很强烈的刻蚀作用,而对硅衬底的刻蚀作用较弱,通过控制刻蚀时间就可以刻蚀出不同尺寸的纳米胶体球,并且在刻蚀时,纳米胶体球仍保持球形结构和排列周期结构不变。在此基础上,以被氧等离子体刻蚀过的胶体球为掩膜,利用CF4气体刻蚀可以制备出径向尺寸可控的有序硅柱阵列。SEM和AFM的测量结果表明:硅柱的周期和密度取决于原始纳米胶体球的直径,硅柱的尺寸可以由刻蚀和氧化条件来控制。　　 在纳米压印技术研究中,我们利用一维和二维石英光栅为模版,采用紫外光固化原理,将模版上的有序周期结构转移到光刻胶上。其分辨率只与模版图案的尺寸有关,而不受光学光刻的最短曝光波长的物理限制。利用反应离子刻蚀技术将已固化的光刻胶上的图形最终转移到硅衬底上。SEM观测结果表明压印过程可以将模版上的结构完全保真地转移到硅衬底上。为了得到更小特征尺寸的线宽,我们提出先由PECVD生长技术制各a-Si/SiNx多层膜,再利用选择性湿法腐蚀和干法刻蚀在横截面上制备出一维纳米级模版。通过控制多层膜子层的生长时间来控制多层膜厚度。目前我们得到的最小结构是线条宽度和槽状宽度均为20纳米的等间距模版。　　 在获得上述有序硅柱的基础上,我们研究了利用上述方法制备的有序单晶硅柱和非晶硅柱样品的场致电子发射特性,主要是利用硅柱尖锥形单元表面附近电场集中从而有利于电子发射的原理来实现较低开启阈值电场下的场发射。结果表明对于单晶硅柱样品,可以得到的开启阈值电场大约为9V/um的场发射特性。而对于非晶硅柱则可以获得4.5V/um的较低开启阈值电场,并且在外加电场达到9V/um时,可以获得电流密度为0.2mA/cm2。非晶硅柱样品的场增强因子可以达到1240,我们认为这主要和硅柱的几何形貌,样品结构以及硅柱密度有关。　　 另外,我们利用有序硅柱比表面较大,可以吸附大量气体,从而改变样品电阻的原理,在SOI衬底上制备了原型气敏器件。初步研究表明,气敏器件的具有一定的灵敏度。