低能离子轰击无需掩模即可在大面积的固体材料表面诱导产生多样的自组织纳米结构,具有低成本、高效率和适用范围广等优势,是一种新型的表面纳米结构制备技术,表现出极大的应用潜力,如用于同步辐射和自由电子激光等领域的超高线密度准周期光栅。光刻胶是微纳加工领域一种重要的有机聚合物材料,通常作为掩模材料进行图形转移。当前对低能离子轰击与有机多体材料相互作用的认识尚不清晰,并且低能离子轰击诱导自组织纳米结构的图形高宽比也亟需提高。因此,本文提出开展低能氩离子与光刻胶材料之间相互作用机制的研究,探索将其作为掩模进行图形转移的工艺方法。论文的主要研究内容和结果包括:1.系统地研究了光刻胶的低能离子轰击特性。与无机材料的离子轰击特性类似,入射离子的能量和入射角是调控低能离子轰击在光刻胶表面诱导产生自组织纳米结构的形貌类型的主要因素。随离子入射角的增加,可依次在光刻胶表面获得随机纳米孔、准周期纳米波纹和屋瓦状的刻面结构等不同的表面形貌,并且纳米孔的形貌特征受离子能量的调控。2.重点研究了光刻胶表面纳米孔结构的演化规律与形成机制。实验结果表明,与离子轰击无机材料表面诱导的纳米结构的显著区别是,低能氩离子正入射和近正入射轰击时,能在光刻胶表面诱导产生直径在5-40 nm范围的随机纳米孔结构,而且纳米孔的平均直径、表面粗糙度等形貌特征受离子能量、轰击时间、离子束流密度和入射角等离子轰击参数的调控。使用时间飞行二次离子质谱和X射线光电子能谱对离子轰击前后光刻胶表面组成的变化进行了表征和分析,结果表明离子轰击会使光刻胶发生分解和优先溅射,导致其表层的组成改变。与无机二元材料的明显区别是,由于离子轰击对光刻胶的强烈分解作用导致光刻胶表层富含较轻的组分。建立了描述纳米孔结构形成与演化的物理模型,光刻胶表面纳米孔的产生是离子轰击引起的分解、优先溅射和质量再分布等不同物理机制共同作用的结果。3.系统研究了离子轰击光刻胶表面纳米波纹结构的演化规律和生长模型。斜入射时低能离子轰击能在光刻胶表面诱导产生纳米波纹结构,波纹的形貌、波长（即波纹的横向特征尺寸）和振幅等特征受离子参数的调控,例如结构波长可在30-300 nm范围内调节。结果表明纳米波纹的演化过程可以分为生长和饱和两个阶段。离子能量越大波纹的波长和振幅等特征尺寸也越大,达到饱和状态时所用的时间也就越长。使用连续模型分析了波纹结构的演化规律和所包含的主要物理机制,并解释了波纹结构生产、饱和以及刻面化的原因。4.确定了以光刻胶表面准周期纳米波纹结构为掩模进行图形转移的工艺方法,并初步研究了转移后亚波长熔石英表面纳米结构的光学特性。以离子轰击在光刻胶表面诱导产生的纳米波纹结构作为掩模,利用反应离子刻蚀对其进行修饰去除底部剩余的光刻胶,再通过反应离子束刻蚀进行图形转移获得了熔石英亚波长纳米结构。与光刻胶纳米波纹掩模相比,亚波长熔石英纳米结构的高宽比提高了近三倍。初步的表征结果表明,这种具有表面亚波长纳米结构的熔石英样品在600-1300 nm波段范围内的透过率约为94%,与未处理的熔石英相比提高约1%。此工作为通过离子轰击在光刻胶表面制作用于同步辐射等领域的超高线密度准周期光栅掩模奠定了基础。