黑硅材料的应用已经变的越来越广。尤其是其超疏水和低反射率的性质可以广泛用于化学分析、超大表面积微反应器、微流体当中的低摩擦超疏水表面以及太阳能电池当中。因此，高深宽比、高密度和表面结构可控的黑硅制备工艺以及黑硅形成的机理研究显得尤为重要。目前对制备过程中黑硅形成机理的研究大多集中于实验参数分析以及化学反应研究上，而从机理上对黑硅形成过程的研究非常少。理论层面上的黑硅形成机理研究不仅能够加深对黑硅形成过程的理解，而且可以帮助探究能够影响黑硅形成的关键实验参数，指导实验人员改进制备工艺。为了对黑硅形成过程进行建模，根据粒子运动状态将实验环境分为三个区域——等离子体层、鞘层和近衬底层，并针对三个区域分别进行建模。首先，针对刻蚀粒子在等离子体层的运动，引入量子力学中物质波的概念来进行建模，在量子力学理论框架下，刻蚀粒子的运动可以被抽象为一种随机事件，即刻蚀粒子落在衬底表面某点不是确定的，而是以一定概率发生的。通过仿真可以看出，粒子到达衬底表面各点的概率分布并不是均匀的，从而导致了各点刻蚀速率的不均匀。其次，对于刻蚀粒子在鞘层中的运动，文章引入射频偏压等离子体鞘层动力学来计算鞘层中的电势分布，并且通过将电势分布代入薛定谔方程来完成对鞘层中刻蚀粒子运动的建模，仿真结果表明，鞘层偏压不仅为粒子提供能量，而且使得这些粒子到达衬底表面各点的概率分布更加集中，即能量更集中于某些区域，从而有利于刻蚀的进行。最后，对于刻蚀粒子在衬底表面附近的运动，文章通过分析衬底表面附近电场分布以及粒子靠近衬底时的运动状态，引入扩散模型来解决如何通过粒子到达衬底表面各点的概率分布（也可看做能量分布）来模拟黑硅柱状结构的形成过程。通过在参数范围上的遍历仿真，获得了具有两种动量大小的粒子相互作用形成的黑硅形貌二维图谱，其中包含大量的与实验黑硅SEM图片较为相似的黑硅形貌图，从而验证了建模与仿真结果的有效性。