微/纳米技术正逐步广泛深入地渗透于材料、信息、能源、微电子、环境、生物、医学和国防安全等众多领域。为了将微/纳米科技领域的这些革命性产品/系统概念转化为规模化的实际应用，微/纳米制造技术是不可或缺的技术桥梁。发展高精度、低成本的批量化微/纳制造技术具有十分重大的战略意义。　　虽然目前已经发展出了许多批量化的微/纳米制造技术，但是在半导体表面批量加工复杂三维多级结构仍然存在着巨大挑战。约束刻蚀剂层技术(CELT)是由田昭武院士提出的具有完全国内知识产权的电化学微/纳加工技术。CELT不仅能批量复制加工复杂三维微/纳结构，而且加工材料可以是导体、半导体或绝缘体。因而相比其他微/纳制造技术具有十分突出的优势。然而CELT反应过程复杂，涉及电化学反应、随后化学反应以及异相刻蚀反应的耦合。各个反应的动力学性质及其相互影响、薄层溶液中的反应物和产物的扩散传质都直接影响刻蚀加工的分辨率和一致性。而这一纳米薄层溶液中的复杂反应难以用实验方法进行研究。同时CELT技术还面临着加工复杂三维结构时严重依赖复杂模板电极;基于控制刻蚀剂层厚度的加工方式难以保证纳米精度等问题。因此本论文主要以约束刻蚀剂层技术为基础，以实验实践与模拟仿真相结合为研究方法，通过探明CELT化学反应动力学和将CELT与其他微/纳加工技术相结合为研究方向，从而实现在半导体表面批量加工复杂三维多级结构的目标。本论文主要开展了以下研究工作:　　(1)从CELT刻蚀体系化学反应动力学入手，以扫描电化学显微镜技术和约束刻蚀技术为主要实验研究手段，结合COMSOL Multiphysics模拟仿真平台，系统研究CELT刻蚀体系化学反应动力学。建立了约束反应动力学模型，通过SECM针尖产生/基底收集模式，测得Br2与L-cystine发生约束反应的速率常数为K1=(8.0±1.0)×103 dm3 mol-1 s-1。该模型能够良好的预测不同约束反应速率常数或约束剂浓度下的约束刻蚀剂层厚度。建立了刻蚀反应动力学模型，通过SECM电流反馈模式，测得Br2与GaAs发生刻蚀反应消耗Br2的速率常数为:K2=(3.2±0.5)×10-2 cm s-1。该模型能够良好的预测不同刻蚀反应速率常数下的刻蚀剂浓度分布。通过约束刻蚀反应动力学模型与几何变形模拟的耦合，建立了SECM动态约束化学刻蚀理论模型。该模型将约束反应速率常数、刻蚀反应速率常数、约束剂浓度、刻蚀时间等工艺参数与刻蚀轮廓直接关联，能够预测上述工艺参数下的刻蚀轮廓。上述研究方法和理论模型构成了一套约束刻蚀体系的快速评价和筛选机制，对CELT刻蚀工艺参数的优化和加工过程中出现的新现象、新问题具有指导意义。　　(2)将表面褶皱与约束刻蚀技术相结合，提出了电化学屈曲微加工技术，并成功用于多级微/纳结构的加工。利用屈曲褶皱技术，通过在Pt/PMMA凸半球模板和凸半圆柱模板顶端受压的条件下，屈曲产生多级同心纳米圆环和多级同心纳米凹槽褶皱图案。同时利用约束刻蚀剂层技术，将上述褶皱图案直接转移复制到GaP/GaAs表面，得到沿连续曲面对称分布的多级同心圆环和多级同心凹槽三维多级微/纳结构。实验和模拟仿真进一步表明，可以通过薄膜厚度和接触力大小实现多级同心纳米结构参数的调控。薄膜厚度越大，其弯曲刚度越大，因而趋向于产生更加稀疏的褶皱。接触力越大，模板表面受到的应力越大，因而趋向于产生密集的褶皱。在凸半球顶端受压且半球顶端薄膜较厚底端较薄的情况下，应力分布和膜厚分布对圆环疏密的影响起着相反的作用。因而接触力越大，圆环越均匀。最后对多级同心圆环GaP/GaAs组合材料分布的特点所导致的双波段光致发光性质进行了研究，这一性质使得上述结构在微纳光学、LED等领域或许有着潜在的运用。电化学屈曲微加工技术摆脱了CELT在加工复杂多级结构时对复杂模板电极的依赖，同时实现了三维多级褶皱图案的产生和向半导体材料表面的转移复制，也实现了在半导体表面批量制造复杂多级结构的目标。　　(3)将金属辅助刻蚀的成形原理与约束刻蚀和纳米压印模板成形的工作模式相结合，提出了基于金属辅助刻蚀的电化学纳米压印技术，实现了半导体表面微/纳结构的直接纳米压印。优化得到针对加工n-GaAs的40 mM KMnO4，H2SO4∶H2O=1∶9（体积比），恒温35～37℃最优化电化学纳米压印体系，并成功用于凹半球阵列的连续曲面结构、花状、凸正方形阵列、条栅阵列、凹长方形阵列等简单二维结构和八相位衍射微透镜多级台阶结构的批量复制。同时对电化学纳米压印过程中所涉及的电化学参数（腐蚀电位、腐蚀电流、Tafel斜率、交换电流密度）进行了测定。实验测得n-GaAs阳极极化反应的交换电流密度为i0=1.96×10-7A/cm2，KMnO4阴极极化反应的交换电流密度为i0=6.06×10-5 A/cm2。因而在形成的电偶腐蚀电池中，n-GaAs阳极极化过电势远远大于Pt电极上KMnO4阴极极化过电势。以测得的一系列电化学参数为基础，以COMSOL Multiphysics为模拟仿真平台，模拟了基于电偶腐蚀的电化学压印刻蚀过程。模拟结果表明，n-GaAs表面局部电势的分布直接决定了局部腐蚀电流密度的大小，也直接决定了电化学压印和金属辅助刻蚀的分辨率和各向异性度。最后利用毛细力诱导的模板辅助自组装技术，使用电化学纳米压印加工得到的微结构实现了产电菌的有序组装。电化学纳米压印技术结合了约束刻蚀和纳米压印模板成形的优势，同时又继承了金属辅助刻蚀高加工分辨率和高刻蚀异性度的优势。因此电化学纳米压印克服了金属辅助刻蚀难以加工复杂三维多级结构、纳米压印难以加工半导体材料、约束刻蚀纳米精度分辨率难以保证的缺点，实现了复杂多级结构一次性批量成形的目标。