● 摘要
随着半导体工艺、集成电路工业的发展和人类对微观世界认识的不断深入，纳米科技逐渐成为前沿科技。纳米加工和测量技术是纳米科学中一项重要的分支。纳米光栅作为纳米光栅加速度计的核心器件，在高精度加速度测量方面有广阔的应用前景。由于纳米光栅加工精度对纳米光栅加速度计有很大的影响，因而选择合适的纳米加工手段加工出高精度的纳米光栅非常关键。
扫描电子显微镜—聚焦离子束（SEM-FIB：Scanning Electronic Microscope and Focused Ion Beam）双束系统，兼具FIB的纳米级加工以及SEM的纳米级成像功能，拥有无掩模精确加工、实时监测的优势，逐渐成为新一代纳米加工手段。本文主要研究了使用SEM-FIB双束系统加工高精度纳米光栅的机理与工艺。论文主要研究内容如下：
首先，介绍了SEM、FIB各自的结构、工作原理及功能，在此基础上，分析了SEM-FIB双束系统的结构及工作优势。重点介绍双束系统同步工作时，离子束、电子束、样品三者之间的相互作用机理。
其次，通过实验研究，分析了影响加工结构的重要参数，并对其进行优化设置，从而改进加工结构。为得到高深宽比纳米光栅结构，采用气体辅助离子刻蚀方法进行探索性研究，并分析其可行性。
再次，总结双束系统加工纳米光栅的具体工艺过程，并在此基础上，归纳气体辅助离子刻蚀工艺过程。通过多次试验和不断的参数优化，成功加工出预期的纳米光栅结构：周期为840 nm，凹槽宽度423 nm，误差小于1%，深宽比大于1。
最后，基于严格耦合波理论分析了纳米光栅的衍射特性，并使用Comsol软件进行光学仿真。针对刻蚀的纳米光栅，完成了光学实验的设计、实验平台的搭建以及光学性能的测试，并得到了与预期理论一致的实验结果。