功能微结构是指在零件表面制造纳米至微米尺度的微细结构,实现诸如疏水、减阻、光学减反射等特定功能,提高零件或器件的使用性能。功能微结构广泛存在与自然界中,如荷叶表面的微纳结构具有良好的疏水性能,可以实现荷叶表面的自清洁,鲨鱼皮表面的微纳结构具有良好减阻效果,使鲨鱼在水中活动更加节省能量。近些年来,人类不断认知和学习自然界的生物表面功能微结构,研究在零件表面上设计并制备出各类功能微结构,以期调控其光学、润滑以及摩擦等特性,提高零件和器件的使用性能,这一领域是目前学术界研究热点之一。本文以提高硅半导体材料表面减反射特性为目的,开展了不同功能微结构对表面光学减反射特性研究,探索了单晶硅表面功能微结构的优化设计及其制备工艺方法,并对制备样品的减反射特性进行了评价。首先,在大量调研的基础上,分析了功能微结构在太阳能电池、光电探测、自清洁等领域的应用需求,总结了目前单晶硅表面功能微结构的主要制备方法,在此基础上,分析了目前研究中存在的主要问题。其次,基于时域有限差分方法(FDTD)开展了单晶硅表面功能微结构光学特性的有限元仿真研究,分析揭示了单晶硅表面功能微结构减少光反射的作用机理。针对金字塔、圆锥等各种不同微结构表面,仿真分析了在不同特征结构尺寸、占空比、入射波长等条件下的反射率特性,并分别在不同形状微结构、不同入射角度等条件下对比分析了微结构的反射特性,从而实现了低反射特性功能微结构的优化设计。再次,开展了单晶硅表面功能微结构超精密车削成型技术研究,针对微米尺度的V槽结构、金字塔等功能微结构(高度1μm～10μm,宽度10μm～50μm),采用单点金刚石超精密车削加工方法(SPDT)实现了加工成型。开展了不同工艺参数条件下(刀具前角、主轴转速、背吃刀量等)单晶硅表面切削实验,获得了优化的切削参数组合;并分别对微结构表面形貌、光学反射率等参数进行了检测和分析。通过实验与仿真结果对比,验证了有限元仿真分析方法的正确性和仿真结果的有效性。最后,实验研究了微纳双重结构对单晶硅表面光学特性的影响,在上述所加工的微米尺度微结构表面上,利用酸法腐蚀方法制备纳米结构,得到了微纳双重结构表面,并分别测试了其表面形貌和光学反射率,实验结果表明微纳双重结构有助于进一步提高微结构表面反射率。本文研究工作为单晶硅表面功能微结构的设计与制造方法提供了一种可行的解决方案,对于发展太阳能电池技术以及光电探测器技术具有重要参考意义。