单晶硅具备出色的机械性能和物理性能,因而被广泛应用于微/纳机电系统（MEMS/NEMS）、集成电路（IC）以及光电子器件等领域。近年来,包括光刻、聚焦离子束/电子束加工、纳米压印和扫描探针加工等典型纳米加工技术得到了长足的发展。这些技术从生物医疗、航空航天、能源存储等方面为人类的生产生活带来了全方面的变革,但同时也各自面临亟待解决的技术挑战。为了适应纳米技术多样化的发展现状,开发低成本、低损伤的新型硅基纳米加工方法就尤为重要。摩擦诱导纳米加工以扫描探针加工为基础,能够在单晶硅表面进行低损伤、高分辨率的微纳结构加工。然而关于这种方法,当前尚缺乏对其中机械划痕和氧化层的掩膜行为对比研究,而且其有限的掩膜性能也阻碍了大高宽比结构的加工。因此,在探究机械划痕和氧化层掩膜行为的基础上开发新的掩膜制备工艺,对进一步优化摩擦诱导纳米加工具有重要意义。本文借助原子力显微镜（AFM）及相应的分析表征手段,系统考察了摩擦诱导机械划痕和氧化层在不同线/面结构上的掩膜行为机制;鉴于金属选择性沉积的研究,探究了机械划痕诱导分子自组装成膜方法的影响因素和掩膜性能,并结合X射线光电子能谱（XPS）综合分析了原位自组装掩膜的形成机理;最后通过硅氧烷高分子进一步拓展了该方法的加工应用。本论文的具体研究内容如下:（1）对比了单晶硅表面机械划痕和氧化层在湿法刻蚀中的掩膜行为机械划痕在湿法刻蚀中会表现出抵抗刻蚀的掩膜能力,进而保护加工区域形成一定高度的纳米凸结构。线结构上的机械划痕掩膜行为与氧化层掩膜一致,两种掩膜都比面结构的先消失;面结构上机械划痕掩由于各向异性刻蚀导致的底切现象而被破坏,使得面结构顶部形貌演变为八边形。机械划痕掩膜与氧化层掩膜具有相似的抗刻蚀特性,所以两者在湿法刻蚀中的演变规律基本一致。结合两种掩膜的不同加工方式,可完成复合掩膜的图案化纳米加工。（2）探究了机械划痕诱导硅烷分子自组装成膜及其选择性刻蚀行为研究发现自组装时间的长短将影响PFDS自组装掩膜的成型质量,继而改变了后续选择性刻蚀中凸结构的极限高度和表面形貌。为了制备更高更完整的表面凸结构,可以适当延长自组装时间,而本研究中的最佳自组装时间为2 h。在15μN-30μN的载荷区间内,增大法向载荷将有助于吸附PFDS分子以制备出更好的自组装掩膜。PFDS自组装掩膜的抗刻蚀性能优于机械划痕掩膜,因此能够帮助单晶硅表面凸结构达到更大的加工高度。从Si-H键断裂、悬键和新鲜表面氧化等角度对其形成机理进行了初步分析。（3）拓展了机械划痕诱导硅氧烷高分子自组装成膜及选择性刻蚀方法实验证明聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为一种高分子材料,可以用于机械划痕诱导自组装掩膜的制备,其掩膜成型质量受自组装时间影响。长时间的自组装不利于单晶硅表面吸附PDMS分子形成高质量自组装掩膜,本文的最佳自组装时间为0.5 h。对比机械划痕掩膜,PDMS自组装掩膜的抗刻蚀性能更加优异,能够于单晶硅表面帮助实现复杂图案纳米加工。综上所述,机械划痕诱导分子自组装成膜是一种工艺简单、低成本、低损伤的掩膜加工新方法。本文基于对单晶硅表面机械划痕和氧化层掩膜行为的对比,初步研究了机械划痕诱导分子自组装成膜及其选择性刻蚀行为。通过对加工参数的控制,分析了特定掩膜材料的最佳加工条件。结合XPS,合理讨论了自组装掩膜的形成机理。同时,还探索了基于该新方法的不同材料掩膜加工。本研究进一步丰富了摩擦诱导纳米加工的基础理论,为大高宽比、高质量原位纳米加工提供了重要依据。