碳与硅纳米结构具有独特的几何形貌、非常优异的机械性能和场发射性能，在微电子器件、平板显示器场发射阵列、太阳能电池防反射表面、LED光源增透层和高频器件等领域有潜在应用前景，也可以作为扫描隧道显微镜和原子力显微镜的扫描探针。如果能够在低温条件下采用较低成本而且简单的方法实现大面积高密度碳与硅纳米结构的可控制备，就能调控碳与硅纳米结构的场发射性能，为此类材料商业化生产的最优化条件和场发射器件的应用提供参考依据。　　 本论文结合低能碳氢离子沉积和Ar离子溅射技术，开展了碳与硅纳米结构的可控制备和场发射性能研究。涉及到的碳与硅纳米结构包括石墨修饰的碳纳米管、碳圆锥-纳米纤维和硅纳米圆锥。其中，以低温和室温低能离子溅射诱导碳圆锥.纳米纤维结构和硅纳米圆锥阵列的制备研究为重点，解决了制备中的大面积、高密度、尺寸和锥角可控性等问题。还研究了低能碳氢离子沉积法诱导高密度石墨纳米颗粒包敷碳纳米管的制备和场发射性能、低能Ar离子束溅射诱导自组织叠层式波纹状硅纳米结构的形成。　　 研究结果表明：采用低能碳氢离子辐照多壁碳纳米管的方法制备了高密度石墨纳米颗粒包敷的多壁碳纳米管。高温是形成石墨纳米颗粒至关重要的因素之一，随着温度的升高，包敷碳纳米管的碳颗粒经历了从无定形到石墨纳米晶的变化过程；随着碳氢比的增加和离子能量的增加，石墨纳米颗粒的石墨化程度降低，这是由于氢的刻蚀和离子的破坏作用所致；经低能碳氢离子处理后，碳纳米管的场发生性能明显增强。　　 采用室温低能(300—1200eV)Ar离子束溅射石墨、金刚石和碳纳米管诱导碳圆锥-纳米纤维结构的生长。碳圆锥-纳米纤维结构的形成都经历了碳圆锥-圆锥顶端纳米纤维生长的过程；调节离子的能量、束流密度、入射角度等实验参数可以实现碳圆锥-纳米纤维结构的可控制备；碳圆锥-纤维阵列的场发射性能与已报道的碳纳米管的场发射特性相当，比低温生长的碳纳米纤维的场发射性能更好。　　 在离子束溅射诱导碳圆锥阵列制备的基础上，采用能量1.2 keV的Ar离子束室温辐照的方法制备了大面积高密度的硅纳米圆锥。倾角75°的入射离子室温溅射时可以获得密度约为1.2×109/cm2的硅纳米圆锥阵列，硅纳米圆锥的形成经历了三个过程：碳纳米圆锥-顶端为碳、底部为硅双重结构的圆锥-硅纳米圆锥；调节离子束的入射角度和衬底温度可以调制硅纳米圆锥的密度、锥角与高度，衬底温度为400℃，硅纳米圆锥的密度约为3.4×1010/cm2。硅纳米圆锥的场发射性能和低温生长的碳纳米纤维的场发射性能相当，比已经报道的硅纳米圆锥的场发射性能更好。　　 采用能量1.2 keV的Ar离子倾角溅射硅片粗糙面诱导了叠层式自组织波纹状硅纳米结构的形成。