金刚石是第四代半导体材料,具有优异的半导体材料性能,是未来集成电路高耐受性电子器件的理想材料。然而金刚石材料硬度、耐磨性高,化学活性低,且微电子器件表面往往需要进行沉积、光刻以及刻蚀等复杂的工艺要求,意味着传统的机械加工方法因不能满足要求而失效。等离子体刻蚀技术具有刻蚀效率高、刻蚀精度高以及可控性好的优势,是金刚石材料主要加工方法之一。但实际加工过程中的刻蚀机理难以描述,刻蚀前驱气体的种类、环境温度、等离子体能量以及等离子体的发射角度都将共同影响刻蚀结果,需要从原子尺度对其进行更加深入的解释。分子动力学（MD）方法是目前研究脆硬材料近原子尺度行为的有力工具,受到越来越多研究者的关注,其中的反应力场（Reax FF）方法更是能很好地描述复杂体系的化学反应过程。因此,本文使用Reax FF分子动力学方法研究了金刚石等离子体刻蚀过程中的刻蚀机理。分别建立金刚石（100）、（110）以及（111）表面的MD模型,开发出适用于C/H/O/F/Cl/Ar体系的反应力场参数,模拟金刚石在O、H、F、Cl、Ar等离子体辐照下的刻蚀过程。论文的主要研究内容有:（1）基于多目标模拟退火算法开发出适用于C/H/O/F/Cl/Ar体系的Reax FF反应力场参数模型。首先使用多目标模拟退火算法对初始Reax FF参数进行了训练,再使用训练好的参数进行Reax FF分子动力学计算,并将计算结果和密度泛函理论（DFT）方法计算出的结果进行对比,确定所训练参数的合理程度。训练的结果表明,计算的DFT结果和Reax FF结果具有很高的一致性,证明所开发的力场参数模型是可靠的。（2）选择实验中最常用的O和H两类等离子体,对金刚石最稳定面–––（100）面的刻蚀进行了深入研究。发现10 e V下连续O原子和H原子的辐照使金刚石表面的C–C键断裂,形成C–O和C–H键,并在后续的辐照及碰撞过程中进一步断裂形成CO、CO2以及CxHy气体形式的碳氢化合物基团,且10 e V下,O原子对金刚石表面的刻蚀率要高于H原子。而将能量继续升高后,发现O原子和H原子对金刚石的刻蚀量均随之增大。发现在20 e V以下时,O原子的刻蚀量高于H原子的刻蚀量,而30 e V之后,H原子的刻蚀量则超过了O原子的刻蚀量。究其原因,发现在超过30 e V后,H原子对金刚石表面的刻蚀方式发生了变化,即由低能量下的“逐层刻蚀生成气体分子产物”变为了“成片刻蚀生成a:C–H非晶碳产物”,而O原子的刻蚀方式始终为“逐层刻蚀生成气体产物”。此外,H原子的能量越大,穿透到金刚石内部的深度也越大。对于温度的影响,可总结为:O原子和H原子的刻蚀强度均随着基板温度的增加而增大,温度从300 K变化到1400 K的过程中,O原子刻蚀量增大的程度较H原子的明显,说明环境温度对金刚石的H原子刻蚀影响较O原子的小。（3）使用开发的适用于C/H/O/F/Cl/Ar体系的Reax FF参数集研究了F、Cl、Ar等离子体对金刚石等离子刻蚀过程的影响。F和Cl的刻蚀机理均和O一致,为“逐层刻蚀生成气体分子产物”,Ar的刻蚀为物理刻蚀,引起表面剧烈的非晶化;三者的刻蚀产物分别主要为CFx、C2Cl2以及大质量C链分子。10 e V时,O、H、F、Cl、Ar原子的刻蚀作用强弱为O＞H＞F＞Cl＞Ar,而50 e V时O、H、F、Cl、Ar原子的刻蚀作用强弱为H＞O＞F＞Cl＞Ar。入射角度对刻蚀的影响表现为,增大入射角度可以削弱对金刚石的刻蚀作用,使其刻蚀速率降低。O、H等离子体在其它表面刻蚀机理的研究表明:（110）、（111）面的刻蚀机理与（100）面一致,但其刻蚀率有所不同。稳定性强弱为:（100）＞（111）＞（110）。本研究为金刚石等离子体刻蚀的蚀刻机理提供了更深入的认识,并为设计和控制蚀刻过程提供了有效的理论指导。