在低温等离子体环境下利用模板沉积是一种简单有效的制备纳米结构点阵的方法。目前基于等离子体技术的纳米制造存在着重复性差、依赖经验的缺点;另外,在利用模板沉积纳米结构时存在着粒子不易穿透孔洞并堵塞孔洞的情况。特别是对于纳米尺度的孔洞,由于尺寸非常小,这个问题更为严重。本论文研究了等离子体环境下在模板表面的鞘层中的微电场分布,利用蒙特卡罗方法模拟了粒子在电场作用下的运动轨迹和粒子流分布,探索了基于模板的等离子体纳米加工技术和控制手段。主要研究结果:1.我们理论研究了在低温等离子体环境下,利用纳米孔洞模板沉积金属纳米点阵的过程。通过理论计算在模板表面附近等离子体鞘层中电场电势的分布,用蒙特卡罗方法数值模拟了等离子体金属离子在鞘层、纳米孔洞附近和纳米孔洞中的输运过程,得到了在纳米孔洞以及孔洞底部的离子流三维分布。结果显示通过调节衬底偏压、等离子体温度和纳米孔洞尺度等参量,人们可以有效的控制离子流,增强离子到达孔洞底部的概率,得到理想的纳米金属点阵。2.我们研究了如何解决在纳米孔洞模板沉积介质材料时电荷在表面的积累引起的孔洞堵塞。由于介质材料不导电,在沉积过程中会在表面积累大量电荷,这导致材料表面的电势下降,鞘层厚度减小,离子穿透鞘层时动能下降;在沉积金属点阵过程中我们研究发现离子化的金属气体可以通过电场导向,离子流比较好地向孔洞聚焦,而在介质材料沉积时,电场的削弱引起离子难以穿过孔洞。研究表明可以在衬底上置以脉冲偏压,周期性地将积累的表面电荷去除可以有效的解决这个问题。我们用蒙特卡罗模拟了鞘层内模板表面的周期性变化电场,分析了调节脉冲宽度、脉冲高度和占空比可以有效的影响离子流在孔洞侧壁和孔洞底部的分布规律,并探索了如何提高沉积的效率,使更多的离子穿越孔洞到达底部沉积形成纳米点阵材料。这一研究结果不仅适用于处理和加工纳米孔洞模板,也适用于加工纳米槽或更复杂的模板。3.在前两部分工作中,我们主要关注在低温等离子体沉积过程中,鞘层中的电场所引起的对离子流分布的影响,这个结果可以反映出沉积物理过程中参数对沉积结果的影响的趋势。但是低温等离子体情况下中性粒子比例很大,要进一步更准确的描绘个参数对整个物理过程的影响,我们必须要进一步考虑在等离子沉积过程中中性粒子的影响。这一部分工作中我们模拟脉冲偏压下模板沉积介质纳米点,在不同等离子体密度和电子温度情况下粒子流的分布,这里的粒子包括离子和中性粒子。从我们的模拟结果可以看出在不同的离化率下,各个参数的影响不同。无论等离子体密度高低,电子温度都能明显的影响粒子流在孔洞侧壁上分布和相对沉积率;而衬底偏压在低离化率的情况下对粒子流分布影响很小,只有在高离化率的情况下衬底偏压对粒子的分布有一定影响;电子温度还对粒子在孔洞侧壁分布的均匀性有很大的影响,在高电子温度下在侧壁上离子沉积的很均匀而低电子温度时会集中沉积在靠近孔洞顶部的区域;而等离子体密度只影响侧壁粒子数沉积的量而对分布形态没多少影响。相对沉积率会随模板孔洞直径增加而增加,孔洞直径的增加还会略微使侧壁上的粒子分布更平均些但作用没有电子温度明显。结果表明在小尺寸孔洞条件下最终沉积到底部的粒子非常少。我们还根据模拟结果拟合了孔洞形貌随时间的动态演变,研究了各种情况下孔洞闭合的快慢。从本论文的工作结果看,我们可以通过蒙特卡罗模拟的方法了解各物理量在等离子体辅助模板制备纳米结构过程中的作用和影响,人们可以通过研究,最终期望可以有效地实现纳米结构的可控性生长。这个对于纳米材料沉积的模拟研究不仅局限于纳米孔洞模板,也适用于利用纳米沟槽和纳米球珠等模板沉积纳米结构材料的研究。