单晶硅具有优良的机械、物理和化学性能,因此常常作为半导体微纳加工的重要材料,用来制造太阳能电池、大规模集成电路和半导体相关器件。目前,纳米加工技术得到了快速发展,已经出现了纳米压印技术、光刻技术和聚焦离子束技术等,广泛应用于生物医疗、航空航天和微机电系统。纳米技术在人们生产生活中的全方位渗透,催生出纳米技术的多样化,发展新的纳米加工技术势在必然。基于探针扫描的纳米加工技术,通过控制针尖移动的路径,可以在单晶硅表面加工出各种图案结构;其不仅具有快速、高效的优势,还可以实现定位加工。局部阳极氧化作为基于探针扫描纳米加工的重要应用之一;使用该方法,在单晶硅表面加工出定位掩膜,再结合后续的选择性刻蚀,可望实现无损微纳米结构的加工。本文运用原子力显微镜(AFM)系统考察了基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀的纳米加工过程,研究了加工参数对单晶硅表面纳米结构形成的影响规律;利用导电原子力显微镜(CAFM)对加工的纳米结构进行导电性检测,并结合高分辨透射电子显微镜(HRTEM)进行断面观测,研究了纳米结构的损伤特性;最后在砷化镓表面进行无损加工,进一步探讨本方法的应用。本文的具体研究内容如下:(1)考察了加工参数对单晶硅表面氧化掩膜诱导选择性刻蚀的影响单晶硅表面自然氧化膜不利于其表面高质量阳极氧化掩膜的形成。据此,本文在加工实验前,利用氢氟酸(HF)溶液处理单晶硅表面,去除自然氧化膜,以保障加工前样品表面的一致性。分别考察了阳极氧化扫描速度、溶液选择性刻蚀时间等对所加工结构高度的影响,确定了最佳加工条件,即扫描速度为1.2-16μm/s、选择性刻蚀时间不大于8 min;在不同单晶硅表面上的对比实验表明,Si(100)表面最适合氧化掩膜诱导选择性刻蚀加工。(2)研究了所加工纳米结构的损伤情况利用导电原子力显微镜对所加工的纳米结构进行了导电性检测,其表面的导电性和硅基底无明显差别,可推知其内部无明显损伤;为了进一步考察损伤特性,借助HRTEM观测了所加工的纳米结构的断面,其晶格排布几乎完美。因此,利用氧化掩膜诱导选择性刻蚀的方法可以进行无损微纳米结构的加工。(3)基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀方法的无损结构加工利用AFM的闭环加工,在HF溶液处理后的单晶硅表面通过定位氧化掩膜诱导选择性刻蚀方法,加工了一系列纳米结构图案。同时,采用类似的加工方法,在砷化镓表面进行探针局部阳极氧化-后续刻蚀(稀盐酸刻蚀)后,亦可加工出一系列沟槽结构;经过CAFM的损伤检测后发现,所加工的阵列结构也是无损伤的。基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀的方法可以实现单晶硅和砷化镓表面的无损结构的加工,而且加工方法简单、灵活、成本低。本文研究了基于氧化掩膜诱导选择性刻蚀加工的规律,并采用导电原子力显微镜(CAFM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析了所加工结构的损伤情况,相关研究有望进一步丰富基于探针扫描技术的纳米加工体系。