在现代半导体工业中,由于光波长的限制,传统的光刻蚀技术在器件设计上逐渐达到了其尺寸极限。进一步减小特征尺寸以获得更高的分辨率变得非常困难而且成本高昂。嵌段共聚物刻蚀法,综合了传统的“自上而下”的刻蚀技术与“自下而上”的共聚物自组装过程,已经被证明是一种克服传统刻蚀技术尺寸极限的简单且成本低廉的方法,同时该方法并不改变现有半导体生产工艺。共聚物刻蚀法通过一系列连续的过程将共聚物形成的纳米结构(尺寸通常在5-50纳米)复制到半导体材料上面,在实际应用中,共聚物需要在这些功能材料底板上面获得大尺度以及局域尺度上均可控的有序结构。有鉴于此,模板诱导的共聚物自组装行为变得极其重要,吸引了很多实验科学家的关注。本论文主要通过聚合物自洽场理论来研究共聚物在结构模板诱导下的自组装行为,并为实际的器件设计提供一些指导。同时我们也研究了棒状纳米粒子在嵌段共聚物模板诱导下的自组装行为,系统考虑了棒的长宽比对于体系相行为的影响。第一章简单介绍了高分子聚合物和纳米粒子。我们概要论述了嵌段共聚物在实验和理论上的相行为,重点介绍了模板诱导的嵌段共聚物自组装行为及其在半导体领域中的应用。同时我们也介绍了聚合物-纳米粒子复合物在实验和理论上的最新进展以及纳米粒子在复杂几何形貌合成上的一些进展。第二章主要介绍了本论文中所用到的理论方法。首先我们介绍了柔性高分子的高斯链模型。其次我们详细介绍了嵌段共聚物的自洽平均场理论,通过对嵌段共聚物体系自由能求极值,我们推导了一系列的自洽场方程。对自洽场方程进行数值求解,我们可以获得嵌段共聚物的平衡态形貌。同时我们也简要介绍了求解嵌段共聚物链扩散方程的赝谱算法。最后,我们介绍了复合粒子场理论,该理论可以考虑粒子在聚合物模板中的坐标,尺寸以及形状。第三章,利用自洽场理论,我们研究了二维离散六角晶格模板诱导的嵌段共聚物自组装行为。理论计算得到的共聚物形貌与最近的扫描电镜图像一致。进一步,我们研究了正方形模板诱导的共聚物有序结构。嵌段共聚物在该模板上可以形成单个的正方晶格结构或者交叠的正方晶格结构。我们还研究了构成晶格的纳米柱的尺寸和形状对于共聚物形貌的影响。最后,我们设计了一些简单晶格组成的复杂模板来诱导聚合物的自组装,结果显示这些复杂的离散晶格模板可以诱导共聚物在局部区域和大尺度上均可控的有序纳米结构。第四章,我们研究了二维离散四方晶格诱导的嵌段共聚物平衡态行为。嵌段共聚物形成的点阵将底板上的数据点的密度提高了34倍,同时保持了数据点的长程有序。我们详细研究了四方晶格的晶格参数对于嵌段共聚物的有序形貌及其方向的影响,给出了共聚物有序结构随着晶格参数变化的相图。我们的结果对于提升现有半导体器件的性能,尤其是提高超高密度存储器件的存储容量有着重要的意义。第五章研究了嵌段共聚物在同心环模板中的自组装行为。共聚物在该模板中形成完美的环形点阵结构。模板中共聚物形成的完美环形点阵的数目与同心环的内外半径有关。我们给出了环形点阵随着同心环内外半径变化的相图,结果显示环形点阵数目在一定范围内随着内半径的增加而增加。基于相图,我们设计了一个复杂模板,由两条弯曲的曲线和两组平行直线组合而成,共聚物在该复杂模板中也形成了弯曲的点阵线结构,该线结构完美保持了模板的形状。我们的结果为半导体器件中利用共聚物设计复杂结构提供了参考。最后,我们将研究焦点转向了棒状纳米粒子在共聚物模板中的自组装行为。我们的理论计算结果与最近的一系列实验结果相吻合。进一步我们给出了共聚物-棒状纳米粒子复合体系随着粒子浓度和共聚物内部组份浓度变化的相图,并详细研究了棒状粒子长宽比的变化对于体系相行为的影响。这一研究结果为形状粒子自组装纳米结构在功能器件中的潜在应用提供了帮助。